Projekt 02709/01

Verwendung von Glas als recyclingfähige Alternative zum Polystyrol in der Zellkultur

Projektdurchführung

Fachhochschule WeihenstephanFachbereich Biotechnologie
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85350 Freising

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die in der Biotechnologie gängige und weit verbreitete in vitro-Technik der Zellkultur wird gegenwärtig ausschließlich mittels Einwegflaschen aus Kunststoff, vornehmlich auf der Basis von Polystyrol, durchgeführt. Als mögliche Alternative kommen prinzipiell Mehrwegflaschen aus Glas in Frage, die - aus ökologischen Gründen - noch zusätzlich recyclingfähig sein sollten. Solche Glasflaschen sind derzeit auf dem Markt nicht verfügbar und müssten entwickelt, getestet und - bei erfolgreichen Ergebnissen - zur Marktreife gebracht werden. Eine solche Produktentwicklung erscheint aber nur dann sinnvoll, wenn die Substitution von Polystyrol- durch Glasflaschen ökologische Vorteile bringt. Ziel dieses Projekts ist es, im Rahmen einer Vorstudie zum Hauptprojekt (AZ 02709/02), festzustellen, welche ökologischen Vor- und Nachteile aus dem Einsatz von Mehrwegflasche aus Weichglas in der Zellkultur gegenüber Polystyrol-Einwegflaschen resultieren. Die Ergebnisse dieser bilanzierenden Einschätzung sollten dazu dienen, über die Förderung des beantragten Gesamtvorhabens zur technischen Realisierung des Einsatzes von Weichglas in der Zellkulturtechnik zu entscheiden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufgrund der vorgegebenen Rahmenbedingungen - insbesondere hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Zeit und Mittel - konnte keine vollständige ökologische Analyse und Bewertung, sondern vielmehr eine sogenannte Übersichtsbilanz auf Basis einiger Vereinfachungen und vieler Ein- und Abschätzungen erfolgen. Im Grunde sollte eine Ersteinschätzung der wichtigsten, bei Ökobilanzen diskutierten ökologischen Kenngrößen, auf Basis von Literaturdaten vorgenommen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der hier vorgenommenen Abschätzung der Umweltauswirkungen von Flaschen für die Zellkultur aus Glas bzw. Polystyrol sind eindeutig: Sie fielen bei den hier betrachteten Umweltwirkungen weit überwiegend zu Gunsten der Glasflasche aus. Ausnahmen sind der Einsatz von Wasser und - nahezu durchgängig - der Einsatz mineralischer Ressourcen sowie bei einer Variante des Standardvergleichs die beiden toxischen Komponenten Schwefeldioxid (SO2) und Staub.
Es zeigte sich, dass sich vor allem die relativ hohe Masse der heute verfügbaren Polystyrolflaschen ergebnisbestimmend auswirkt. Zusätzlich wirkten sich aber auch die Entsorgungspfade der Flaschen sowie der Transport von den USA nach Deutschland aus. Allerdings würde selbst die Produktion der Polystyrolflasche in Deutschland verbunden mit einer stofflichen Verwertung der gebrauchten Flaschen das Ergebnis nicht zu Gunsten der Polystyrolflasche ändern. Bemerkenswert und überraschend war, dass sich die Umlaufzahl der Glasflaschen im Labor nur unwesentlich auf das Ergebnis auswirkte. Dieses hatte zwei Ursachen: Zum einen übertrifft im Beispiel des Verbrauchs erschöpflicher Energien die Nut-zungsphase bereits bei einer Nutzungsphase von 5 den Bereitstellungsaufwand der Glasflasche. Zum anderen werden für die Produktion von 1 Tonne Polystyrol etwa 10-mal mehr Energieressourcen benötigt als für die Produktion von 1 Tonne Glas. Um die Ergebnisse auf ihre Belastbarkeit zu prüfen, wurde der Einfluss verschiedener Modifikationen des Lebenswegs (Varianten) auf die Endergebnisse untersucht und außerdem im Rahmen von Sensitivitätsanalysen die break even points bestimmt (Nutzungszyklen, bei denen sich die betrachteten Umweltwirkungen egalisieren). Die Ergebnisse aller betrachteten Varianten ändern sich mit Ausnahme einer Variante (Energetische Nutzung der Polystyrolflasche in einer Wirbelschichtfeuerung) qualitativ nicht. Die break even points für die Umlaufzahlen der Glasflasche lagen unter heutigen Bedingungen bei weniger als 1 bis knapp 2 Nutzungszyklen bzw. für eine verbesserte Polystyrolflasche bei etwa 3 bis 7 Nutzungszyklen. Das gilt für praktisch alle untersuchten Parameter; lediglich für die Wirkungskategorie Staub fällt die notwendige Anzahl der Nutzungszyklen deutlich höher aus.


Fazit

In nahezu allen betrachteten Wirkungskategorien dominierte die Glasflasche aus ökologischen Gesichtspunkten über die Polystyrolflasche. Lediglich der Verbrauch von mineralischen Ressourcen und Wasser spricht für die Polystyrolflasche. Allerdings stehen die meisten mineralischen Ressourcen in ausreichender Menge zur Verfügung, während der Ressourcenverbrauch fossiler Rohstoffe, der zu Gunsten der Glasflasche ausfällt, zu den wichtigsten Kenngrößen umweltpolitischer Entscheidungsprozesse zählt. Unter diesen Gesichtspunkten und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Glasflasche für alle anderen betrachteten Umweltwirkungen deutliche Vorteile besitzt, kann die Empfehlung gegeben wer-den, solche Projekte weiterzuverfolgen, die zur (Weiter-)Entwicklung der Glasflasche in der Zellkultur führen. Dabei ist es durchaus sinnvoll, solche Vorhaben mit entsprechenden ökologischen Begleitanalysen zu versehen. Hierzu gehört dann auch die Einbeziehung aller Einzelschritte der Lebenswege, da diese in diesem Vorhaben nicht umfassend berücksichtigt werden konnten, aber eine wichtige Entscheidungshilfe bei anderen noch anstehenden Fragestellungen, z. B. hinsichtlich der Wiederverwendbarkeit der Verschlussklappe, bieten können.