Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen Verfahrenstechniken durch bio-, gentechnische Verfahren zur Risikovorsorge:
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Berlin
Umweltbundesamt
2002
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Titel: Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen Verfahrenstechniken durch bio- gentechnische
Autor: Rhein, Hans-Bernhard
Jahr: 2002
Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen
Verfahrenstechniken durch bio-/qentechnische Verfahren zur Risikovorsorqe
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis.V
Tabellenverzeichnis.V
Abkürzungs-und Stichwortverzeichnis.V!
Zusammenfassung.XV
1 Einleitung / Zielsetzung.1
2 Vorgehensweise und Methodik. 3
3 Substitutionspotentiale bedingt durch die Biotechnik und ihre Herteitung.5
3.1 Abgrenzung des Substitutionsbegriffes.5
3.2 Innovationspotential der Bioverfahrenstechnik.5
3.3 Ermittlung relevanter Bioprozesse.12
3.4 Sicherheitsaspekte bei biotechnologischen Verfahren.16
4 Risikovorsorge bei Störfallanlagen.,. 18
4.1 Grundbegriffe der Risikovorsorge und rechtliche Rahmenbedingungen.18
4.2 Begriffsdefinitionen.22
4.3 Anwendbarkeit der Störfall-Verordnung zur Bestimmung des Störfailpotentiais 23
4.4 Erweiterter Risiko-/Gefahrenbegriff.25
5 Vorgehensweise zur Ermittlung von Substitutionspotentialen., 27
5.1 Auswahl relevanter Verfahren (Kriterium 1).28
5.2 Störfallkriterien potentiell substituierbarer Verfahren (Kriterien 2-4).29
5.2.1 Identifizierung der Störfallstoffe in den ausgewählten Verfahren
(Kriterium 2).31
5.2.2 Störstoffrelevanz der Prozesse hinsichtlich Störstoffanzah! und -menge
(Kriterium 3).32
5.2.3 Auswertung der Störfallstatistiken (Kriterium 4).,.,.32
5.2.4 Übersicht der Kriterienzuordnung.,. 35
5.3 Zuordnungskriterien zur Bedeutung biotechnischer Substitution {Kriterien 5-6)35
5.4 Ranking und Auswahl von vier exemplarischen Verfahrensbeispielen.36
6 Ausgewählte Beispiele.42
6.1 Acrylamid.,.43
6.1.1 Einleitung und Anwendung.,. 43
6.1.2 Herstellung von Acrylamid. 44
6.1.2.1 Chemisches Verfahren.,. 44
6.1.2.2 Biotechnisches Verfahren.,.45
6.1.3 Risiko-Bewertung beider Verfahren.,., 49
fc»Gutachten RH-00-12-20/UBA FKZ363 01027 Seite i
Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen
Verfahrenstechniken durch bio-/qentechnische Verfahren zur Risikovorsorqe
6.1.3.1 Chemische Verfahren.49
6.1.3.2 Biotechnisches Verfahren.50
6.1.3.3 Risikovorteil / Situation in Deutschland.51
6.2 Propylenoxid.53
6.2.1 Einleitung und Anwendungen.53
6.2.2 Herstellung von Propylenoxid.53
6.2.2.1 Chemische Herstellung von Propylenoxid.53
6.2.2.2 Biotechnische Herstellung von Propylenoxid.57
6.2.3 Risiko-Bewertung beider Verfahren.60
6.2.3.1 Chemische Verfahren.60
6.2.3.2 Biotechnische Verfahren.61
6.2.3.3 Risikovorteil / Situation in Deutschland.63
6.3 n-Butanol.64
6.3.1 Einleitung und Anwendung.64
6.3.2 Herstellung von n-Butanol.65
6.3.2.1 Chemisches Verfahren.65
6.3.2.2 Biotechnisches Verfahren.67
6.3.3 Risiko-Bewertung beider Verfahren.71
6.3.3.1 Chemische Verfahren.71
6.3.3.2 Biotechnisches Verfahren.72
6.3.3.3 Risikovorteile / Situation in Deutschland.73
6.4 Phenylalanin.74
6.4.1 Einleitung und Anwendungen.74
6.4.2 Herstellung von L-Phenylalanin.75
6.4.2.1 Chemische Herstellung von Phenylalanin.77
6.4.2.2 Biotechnische Herstellung von Phenylalanin.77
6.4.3 Risiko-Bewertung beider Verfahren.80
6.4.3.1 Chemische Verfahren.80
6.4.3.2 Biotechnisches Verfahren.81
6.4.3.3 Risikovorteile / Situation in Deutschland.83
Bewertung des Substitutionspotentials.84
7.1 Verknüpfung des biotechnischen Substitutionspotentials mit dem Risikobegriff 84
7.2 Vorteilhaftigkeit biotechnischer Substitution zur Risikovorsorge.86
7.3 Hinderungsgründe der biotechnischen Verfahrenssubstitution.88
7.4 Wettbewerbs- und Risikovorteile bei der Substitution biotechnischer Verfahren
in den ausgewählten Fallbeispielen.90
.^Gutachten RH-Q0-12-2Q/UBA FKZ363 01027 Se«te//
Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen
Verfahrenstechniken durch bio-/gentechnische Verfahren zur Risikovorsorqe
7.5 Bewertung des Substitutionspotentials durch Wissenschaftler und
Industrieexperten.93
7.6 Ausblick zur technischen Entwicklung am Beispiel der Biokatalysatoren.97
7.6.1 Neue Ansätze in der Bioverfahrenstechnik.97
7.6.2 Weiterführende Entwicklungen der Biokatalyse in der Industrie.99
7.7 Schlußfolgerungen und Empfehlungen.103
8 Literaturverzeichnis.107
^Gutachten RH-00-12-2Q/U8A FKZ 363 01027 Seite iü
Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen
Verfahrenstechniken durch bio-/qentechnische Verfahren zur Risikovorsorqe
Anhänge
A Relevante biotechnische Verfahrensschemata, die klassisch-chemische
Verfahren substituieren können
B Klassisch-chemische Verfahrensschemata, die durch Verfahren nach Anhang A
substituierbar sind
C Übersicht von Datenbanken zu Störfällen / Unfällen
D Zuordnungskriterien ausgewählter klassisch-chemischer Verfahren mit
prozeßbeteiligten Störfallstoffen
E Tabelle Produktionsmengen substituierbarer chemischer Verfahren und
Entwicklungsstand des biotechnischen Verfahrens
F Produktionsvergleich ausgewählter Verfahren (Übersicht)
G Gefahrstoffeigenschaften beteiligter Reaktanten in ausgewählten Verfahren
H Gefahrensymbole und R-Sätze
I Musterfragebogen Expertenbefragung
K Übersicht von Störfallursachen ausgewählter Störfallstoffe in deutschen
Produktionsanlagen (nach ZEMA 1995-1999)
^Gutachten RH-0O-12-20/UBA FKZ 363 01027 Seite IV
Ermittlung von Substitutionspotentialen von chemischen
Verfahrenstechniken durch bio-/qentechnische Verfahren zur Risikovorsorqe
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 Anwendungsschema der Störfall- Verordnung für Betriebsbereiche [69].24
Abbildung 2 Anwendungsbereich der Störfallverordnung [69].25
Abbildung 3 Ranking-Kriterien zur Auswahl der relevanten Verfahren.37
Abbildung 4 Ranking zur Auswahl relevanter Verfahren.39
Abbildung 5 Chemisch-technische Synthese von Acrylamid.45
Abbildung 6 Fließschema des Produktionsprozesses zur Herstellung von Acrylamid [27].47
Abbildung 7 Klass. -ehem. Verfahren zur Herstellung von Propylenoxid [56].54
Abbildung 8 Produktionsschema für die Herstellung von Propylenoxid mittels
Monooxygenase [27].58
Abbildung 9 2-stufiges Verfahren zur Produktion von Propylenoxid [46].60
Abbildung 10 Chemisch-technische Herstellung von n-Butanol (Oxoverfahren) Zit. nach [4]. 66
Abbildung 11 Biotechnologische Herstellung von Aceton und Butanol; Zit. nach [4].69
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1 Geschichtliche Entwicklung der Biotechnologie.9
Tabelle 2 Biotechnische Verfahren durch chemisch-technische ersetzt [4].11
Tabelle 3 Industriell biotechnisch hergestellte Stoffe [4, 7, 9].12
Tabelle 4 Auswahl der biotechnischen Verfahren mit Substitutionspotential.,.15
Tabelle 5 Über Gruppenmerkmale erfaßte Störfallstoffe It. StörfallV 2000.31
Tabelle 6 Auswerfung der Datenblätter zu Ereignissen nach Störfall-Verordnung
im Zeitraum 1995-1999.,.34
Tabelle 7 Eigenschaften der Acrylamid produzierenden Stämme der
Nitto Chemical Industry [27].,.,.47
Tabelle 8 Jahresproduktion an Aminosäuren 1986 und 1996;
publizierte Darstellungsmethoden [20][28].76
Tabelle 9 Produktionsstämme für L-Phenylalanin.78
Tabelle 10 Substitutionspotentiale zur Risikovorsorge.91
Tabelle 11 Geplante oder im Aufbau befindliche Industrieanlage im Bereich der
Biokatalyse [52], [53], [54].,.102
^Gutachten RH-00-12-2QVBA
FKZ363 01027 |
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