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Ressourceneffizienz-Zentrum Bayern - REZ

Substitution von Materialien

Substitution ist der Ersatz kritischer oder knapper Ressourcen durch Materialien mit gleicher Funktionalität und möglichst geringeren Umweltwirkungen. Ziel ist es, kritische Materialien und Stoffe durch alternative Materialien zu ersetzen und Schadstoffe aus dem Stoffkreislauf auszuschleusen. Mithilfe von Substitution lässt sich ein Weg zu mehr Unabhängigkeit vom krisenanfälligen globalen Rohstoffmarkt und für mehr Umweltfreundlichkeit für Unternehmen erreichen. Hier kommen beispielsweise Sekundärrohstoffe zum Einsatz sowie alternative Materialien, die umweltverträglicher und effizienter hergestellt wurden oder z.B. aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen.

Worauf zielt ein Substitut ab?

  • möglichst gleiche Eigenschaften und Funktionen zum ursprünglich verwendeten Material
  • gleichbleibende Qualität
  • geringere Umweltauswirkungen
    • weniger Ressourceneinsatz, z.B. durch Recyclinganteil
    • geringere Treibhausgasemissionen
  • weniger ökonomische Risiken und geringere Importabhängigkeiten (Rohstoffverfügbarkeit, Lieferketten)

Vorteile der Materialsubstitution

  • Der Einsatz toxischer und umweltschädlicher Substanzen kann reduziert werden
  • Effizientere Werkstoffe können eingesetzt werden
  • Geänderte Kundenanforderungen können berücksichtigt werden

Bei dem Ersatz eines Materials können z. B. auch geringere Preisschwankungen, niedrigere Beschaffungskosten oder auch eine höhere Verfügbarkeit eine Rolle spielen. Weiterhin ist nicht jeder Betriebsstoff durch einen Stoff substituierbar, der bei gleicher Funktionalität bessere ökonomische oder ökologische Eigenschaften aufweist, z.B. bei Elementen der Seltenen Erden, die häufig spezifische Eigenschaften in Elektronikgeräten erfüllen. D.h. die Substitution eines Materials ist von vielfältigen Bedingungen abhängig.

Die Materialsubstitution beginnt bereits bei einer ressourcenschonenden Auswahl der Ausgangsmaterialien, denn diese ist entscheidend für die Beanspruchung der Ressourcen eines Produkts in allen Phasen seines Lebenswegs. Sie setzt sich beim ökologischen Produktdesign (Ökodesign) fort durch die Optimierung der Funktion, Lebensdauer und der Möglichkeit eines späteren Materialrecyclings und einer Verarbeitung mit möglichst geringen Umweltwirkungen. Zentral sollte zudem die Frage sein, wie dieses Material am Ende seines Produktlebenszyklus, entsprechend der (Integrierten Produktpolitik) oder z.B. des Cradle-to-Cradle-Ansatzes, weiter im Kreislauf geführt werden kann.

Beispiele für Substitute

  • Zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Glasindustrie leistete die Universität Bayreuth im Projekt "VaporCoat" einen erheblichen Beitrag: Das Projekt, durchgeführt im Rahmen des bayerischen Projektverbundes ForCYCLE II, zielte auf die Vermeidung von Zinn als Schichtwerkstoff in der Behälterglasindustrie ab. Als Alternative wurde eine zinnfreie Sol-Gel-Beschichtung erprobt, welche die gewünschte Funktionalität der Kratzbeständigkeit in den durchgeführten Versuchen erreichen konnte und sich ein erfolgsversprechender Weg zur industriellen Umsetzung abzeichnet.
  • StMUV: Abschlussbericht des Projektes Vapor Coat der Universität Bayreuth - PDF
  • Das Kühlmittel FCKW ist ein Beispiel für die erfolgreiche Substitution eines Materials, welches die Ozonschicht zerstört. 24 Staaten unterzeichneten 1987 das Montrealer Protokoll und verpflichteten sich zur Reduktion von Produktion und Verbrauch von FCKW. In Deutschland wurde die Produktion von FCKW 1994 eingestellt. Alternativen sind beispielsweise Propan, Butan oder Kohlendioxid.
  • LfU: Verordnungen ChemOzonSchichtV
  • VDI ZRE: Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen
  • Durch Ersatzbrennstoffe oder Sekundärbrennstoffe werden Brennstoffe aus fossilen Quellen durch Abfälle substituiert. Diese entstammen verschiedenen Quellen wie dem Hausmüll oder Industrie- und Gewerbeabfälle und können in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegen. Sie werden als Brennmaterial je nach Zweck aufbereitet und kommen vor allem in Zement-, Stahl, Braunkohle- und Industriekraftwerken zum Einsatz.
  • LfU: UmweltWissen – Produkte und Abfall - PDF

Weiterführende Informationen

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