Chlordioxid (ClO₂) ist eines der am häufigsten verwendeten Desinfektionsmittel in der Trinkwasseraufbereitung: Es wirkt gegen ein breites Spektrum an Mikroorganismen, behält seine Wirksamkeit auch bei hohen pH-Werten bei, dringt besser in Biofilme ein als herkömmliches Chlor und verhindert die Bildung potenziell krebserregender halogenierter Nebenprodukte (wie Trihalogenmethane und Halogenessigsäuren), die mit der klassischen Chlorung in Verbindung gebracht werden. Es gibt jedoch eine Frage, die in der wissenschaftlichen Literatur bislang nicht systematisch beantwortet wurde: Haben alle Verfahren zur Herstellung von ClO₂ die gleichen Auswirkungen auf die Umwelt? Oder macht die Wahl eines bestimmten Synthesewegs gegenüber einem anderen tatsächlich einen Unterschied?
Um diese Frage zu beantworten, haben wir die erste vergleichende Lebenszyklusanalyse (LCA) von zehn industriellen Verfahren zur Herstellung von ClO₂ durchgeführt, wobei wir die internationalen Normen ISO 14040 und 14044 befolgt und die Datenbank ecoinvent v3.8 verwendet haben. Die Referenzeinheit beträgt 1 kg hergestelltes ClO₂, und wir haben sechs Wirkungskategorien bewertet: Klimawandel, Ökotoxizität in Süßgewässern, Toxizität für den Menschen, Wasserverbrauch, Versauerung und Eutrophierung.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Verfahrens eine Rolle spielt – und zwar eine große. Der CO₂-Fußabdruck variiert zwischen dem besten und dem schlechtesten Verfahren um 35 % (von 3,86 bis 5,20 kg CO₂-Äquivalent pro kg ClO₂), während die Toxizität für den Menschen um das bis zu 6,6-Fache variieren kann. Verfahren auf der Basis von Salzsäure erweisen sich aus toxikologischer Sicht als die belastendsten, während das elektrochemische Verfahren und das auf Chlor und Natriumchlorit (Cl₂ + NaClO₂) basierende Verfahren hinsichtlich der Klimagasemissionen am günstigsten sind.
Aus der Analyse der Beiträge geht eine interessante Erkenntnis hervor: In den meisten Fällen belastet nicht die eigentliche Synthese von ClO₂ die Umwelt am stärksten, sondern die vorgelagerte Herstellung der Vorläuferreagenzien (Natriumchlorat und Natriumchlorit), die allein 85–97 % des gesamten Klimafußabdrucks ausmacht. Das bedeutet, dass der wirksamste Hebel für den Umweltschutz weniger in der Optimierung des Reaktors liegt als vielmehr in der Dekarbonisierung der vorgelagerten chemischen Produktionsketten.
Ein weiteres Ergebnis ist aus anwendungstechnischer Sicht besonders relevant: Der elektrochemische Weg ist zwar auf dem Papier der „sauberste“, hängt jedoch stark vom Energiemix des Stromnetzes ab. Wir haben einen kritischen Schwellenwert von etwa 0,35 kg CO₂ pro kWh ermittelt: Unterhalb dieses Wertes, der für Länder wie Norwegen, Frankreich oder die Schweiz typisch ist, stellt die elektrochemische Methode die beste Wahl dar; oberhalb dieses Wertes (beispielsweise in von Kohle dominierten Netzen) schwinden ihre klimatischen Vorteile. Zudem verbraucht die elektrochemische Methode mehr Wasser als die Alternativen – ein Aspekt, der in Regionen mit Wasserknappheit nicht außer Acht gelassen werden darf.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Es gibt keine „absolut beste“ Methode. Die beste Wahl hängt vom jeweiligen Kontext, dem lokalen Energiemix, der Wasserverfügbarkeit, den gesetzlichen Auflagen hinsichtlich anorganischer Nebenprodukte (Chlorit und Chlorat) sowie der Art der zu behandelnden Krankheitserreger ab. Bei chlorresistenten Mikroorganismen wie Giardia und Cryptosporidium beispielsweise bleibt ClO₂ auch bei leicht höheren Auswirkungen auf die Produktion eine funktional hervorragende Wahl.
Diese Arbeit bietet den Betreibern von Wasserversorgungsdiensten und den Regulierungsbehörden ein konkretes quantitatives Instrument, um technologische Entscheidungen nach Nachhaltigkeitskriterien auszurichten, und bestätigt, wie wichtig es für ein Unternehmen wie das unsere, das sich mit der Entwicklung von Messgeräten und Dosiersystemen befasst, ist, den gesamten Lebenszyklus der Technologien zu berücksichtigen, die wir dem Markt anbieten.
Wer sich näher mit diesem Thema befassen möchte, kann in Kürze den vollständigen Artikel im „Journal of Ecological Engineering“ lesen, verfasst von Andrea Macchia, Angelino Ermini, Irene Angela Colasanti, Mauro Francesco La Russa und Silvestro Antonio Ruffolo – das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen EMEC S.r.l., YOCOCU APS, der Universität Kalabrien und der Universität Rom Tor Vergata mit dem Titel „Environmental performance of industrial chlorine dioxide production methods: A life cycle assessment“. Weitere Informationen: https://www.jeeng.net/Environmental-performance-of-industrial-chlorine-dioxide-production-methods-A-life,220575,0,2.html
Andrea Macchia
, Sonderprojekt im Bereich Forschung und Entwicklung
