Wie umweltfreundlich ist Ihr Lösungsmittel wirklich – und wie können Sie das feststellen?
Wie umweltfreundlich ist Ihr Lösungsmittel wirklich – und wie können Sie das feststellen?
GreenSOL: der erste umfassende Leitfaden zur Umweltfreundlichkeit von Lösungsmitteln für analytische Chemiker
Elia Psillakis, Technical University of Crete, Greece
Eugenio Alladio, University of Torino, Italy
Alice Mondello, University of Messina, Italy
Paolo Oliveri, University of Genova, Italy
Francisco Pena-Pereira, University of Vigo, Spain
Analytische Labore stellen zunehmend auf umweltfreundlichere Verfahren um. Dabei werden Lösungsmittel häufig danach bewertet und ausgewählt, wie gering ihre Toxizität ist und wie sicher sie sich im Labor handhaben lassen. Diese eingeschränkte Betrachtung kann jedoch ein trügerisches Bild von Nachhaltigkeit erzeugen. Risiken verschwinden nicht unbedingt, sondern werden lediglich in eine andere Phase des Lebenszyklus eines Lösungsmittels verlagert. Ein scheinbar umweltfreundlicheres Lösungsmittel kann beispielsweise sehr energieaufwendig in der Herstellung sein oder bei der Entsorgung große Herausforderungen verursachen. Echter Fortschritt in der nachhaltigen analytischen Chemie erfordert eine genauere Betrachtung des gesamten Lebenszyklus von Lösungsmitteln.
Der Weg zu einem nachhaltigeren Umgang mit Lösungsmitteln
Lösungsmittel sind aus der analytischen Chemie nicht wegzudenken und beeinflussen unmittelbar die Qualität und Zuverlässigkeit analytischer Ergebnisse. Zwar ist ihr Verbrauch in der Analytik im Vergleich zur industriellen Nutzung deutlich geringer, die Gesamtmengen sind dennoch beeindruckend. Allein in der Flüssigchromatographie werden jährlich schätzungsweise 150 Millionen Liter eingesetzt. Aktuelle Entwicklungen orientieren sich an den Prinzipien der nachhaltigen analytischen Chemie und der umweltfreundlichen Probenvorbereitung. Im Mittelpunkt steht der Einsatz von Lösungsmitteln, die Umwelt, Gesundheit und Sicherheit möglichst wenig belasten. Damit lässt sich der ökologische Fußabdruck analytischer Verfahren reduzieren und zugleich die Sicherheit des Laborpersonals verbessern. Darüber hinaus tragen Initiativen zur Reduzierung des Lösungsmittelverbrauchs zu den übergeordneten Zielen der zirkulären analytischen Chemie [1] bei und fördern die Nachhaltigkeit in diesem Bereich [2], beispielsweise durch Miniaturisierung und die Umsetzung von Strategien für Rückgewinnung, Wiederverwendung und Recycling. Zusätzlichen Schub erhalten diese Entwicklungen durch strengere Vorschriften für den Einsatz und die Entsorgung von Lösungsmitteln sowie durch das wachsende Interesse an umweltfreundlicheren Laborpraktiken.
GreenSOL: Ein Blick auf den gesamten Lebenszyklus
Über viele Jahrzehnte fehlte in der analytischen Chemie eine klare, wissenschaftlich fundierte Orientierungshilfe für die Auswahl geeigneter Lösungsmittel. Zwar gab es bereits Leitfäden, diese waren jedoch in erster Linie für die industrielle Synthese und nicht für analytische Anwendungen konzipiert. Um diese Lücke zu schließen, entwickelte ein europäisches Forschungsteam auf Grundlage der Prinzipien der umweltfreundlichen und zirkulären analytischen Chemie GreenSOL . Es handelt sich um den ersten umfassenden Leitfaden zur Lösungsmittelauswahl, der speziell auf analytische Anwendungen zugeschnitten ist.
Zur Bewertung der Nachhaltigkeit verfolgt GreenSOL einen Lebenszyklusansatz und betrachtet jedes Lösungsmittel in drei Phasen: Herstellung, Anwendung im Labor und Entsorgung. Die erste Veröffentlichung erschien in der Fachzeitschrift TrAC-Trends in Analytical Chemistry. GreenSOL ist jedoch weit mehr als nur eine wissenschaftliche Publikation. Ergänzt wird der Leitfaden durch ein frei zugängliches, interaktives Onlinetool, das Analytikern dabei hilft, fundierte Entscheidungen bei der Auswahl von Lösungsmitteln zu treffen [3]. Insgesamt bewertet GreenSOL 49 gängige und spezialisierte Lösungsmittel, die so ausgewählt wurden, dass sie einen breiten Überblick über die für analytische Arbeitsabläufe relevanten chemischen Klassen und physikalisch-chemischen Eigenschaften bieten. Außerdem sind neun deuterierte Lösungsmittel aufgeführt, die in bisherigen Leitfäden zu Lösungsmitteln nicht berücksichtigt wurden.
Drei Bewertungsphasen: Herstellung, Anwendung und Entsorgung
GreenSOL zeichnet sich vor allem durch sein dreistufiges Bewertungssystem entlang des Lebenszyklus aus (Abbildung 1). Jede dieser Phasen basiert auf mehreren Kriterien und ist in verschiedene Unterkategorien gegliedert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine einzelne Eigenschaft eines Lösungsmittels, etwa eine hohe Flüchtigkeit, innerhalb jeder Phase angemessen berücksichtigt wird. Gleichzeitig verhindert das System, dass dieselbe Eigenschaft mehrfach negativ bewertet wird.
In GreenSOL werden die einzelnen Unterkategorien auf einer Skala von 1 bis 10 bewertet. Dabei steht 1 für die ungünstigste und 10 für die empfehlenswerteste Bewertung. Aus diesen Einzelbewertungen entsteht für jede Phase eine Gesamtbewertung. Diese Phasenwerte geben eine schnelle Orientierung. Die eigentliche Stärke des Leitfadens liegt jedoch in der detaillierten Aufschlüsselung der einzelnen Kriterien. GreenSOL bietet damit eine umfassende Entscheidungsgrundlage und ermöglicht es Analytikern, die Bewertung gezielt an ihre jeweilige Anwendung und ihre betrieblichen Rahmenbedingungen anzupassen.
Herstellungsphase: Quantifizierung der vorgelagerten Umweltbelastung anhand einer Cradle-to-Gate-Lebenszyklusanalyse (LCA) mit wichtigen Unterkategorien wie dem kumulativen Energiebedarf und den Umweltauswirkungen während der Produktion
Anwendungsphase: Bewertung der unmittelbaren Risiken im Labor unter Berücksichtigung physikalischer und gesundheitlicher Gefahren
Entsorgungsphase: Bewertung der nachgelagerten Auswirkungen des Lösungsmittels unter zwei Gesichtspunkten:
- Umweltauswirkungen: potenzielle Schäden durch unkontrollierte Freisetzung in Gewässer und in die Atmosphäre
- Behandlungspotenzial: Wirksamkeit der kontrollierten Entsorgung durch die drei gängigsten Methoden: biologische Aufbereitung, Recycling und Verbrennung
Die detaillierten Ergebnisse der Lösungsmittelbewertungen sind in Tabelle 1 dargestellt. Ein Farbsystem erleichtert den visuellen Vergleich der Ergebnisse innerhalb der einzelnen Kategorien und Unterkategorien. Dabei werden folgende Farben verwendet: Rot (1 ≤ Bewertung ≤ 3), Gelb (4 ≤ Bewertung ≤ 7) und Grün (8 ≤ Bewertung ≤ 10).
In vielerlei Hinsicht hält GreenSOL überraschende Erkenntnisse bereit. Denn das System macht eine unbequeme Realität sichtbar: Die Nachhaltigkeit von Lösungsmitteln lässt sich nicht auf ein einfaches Etikett reduzieren. Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, wie wichtig es ist, den gesamten Lebenszyklus zu betrachten. Ein Beispiel ist Hexan. Wie erwartet schneidet es in der Anwendungsphase im Labor sehr schlecht ab. Doch auch seine vorgeschlagenen, vermeintlich umweltfreundlicheren Alternativen bringen eigene Herausforderungen mit sich. Pentan senkt zwar die Risiken im Labor, kann bei einer unkontrollierten Freisetzung jedoch erhebliche Umweltauswirkungen verursachen. Heptan reduziert gesundheitliche Risiken, weist jedoch weiterhin hohe physikalische Gefahren auf und stellt ein größeres Risiko für Wasserlebewesen dar.
Digitales Tool für evidenzbasierte Entscheidungen
Da eine statische Tabelle in einer wissenschaftlichen Publikation im Laboralltag nur begrenzt hilfreich ist, entwickelte das Team mit Unterstützung von Shimadzu eine interaktive, frei zugängliche Webanwendung (https://greensol.tuc.gr). GreenSOL wird so zu einem praktischen Werkzeug für den täglichen Einsatz. Damit entwickelt sich der Leitfaden von einer akademischen Studie zu einem echten Entscheidungssystem für Routineanalysen, Methodenentwicklung und Ausbildung. Analytiker können Lösungsmittel nach den benötigten physikalisch-chemischen Eigenschaften filtern, etwa nach Siedepunkt, Polarität oder Wasserlöslichkeit. Anschließend zeigt das Tool sofort, wie die möglichen Lösungsmittel im Hinblick auf ihre Nachhaltigkeit abschneiden. Zudem lassen sich Lösungsmittel innerhalb derselben Stoffklasse vergleichen, geeignete Alternativen identifizieren oder individuelle zwei- und dreidimensionale Diagramme erstellen, um Zielkonflikte zwischen den Phasen der Herstellung, Anwendung und Entsorgung sichtbar zu machen.
Ein weiterer konkreter Schritt zu mehr Nachhaltigkeit im Labor besteht darin, Beschaffungs- und Sicherheitsstandards anhand der GreenSOL-Bewertungen festzulegen. So können beispielsweise Lösungsmittel ausgeschlossen werden, die in einer besonders wichtigen Kategorie sehr schlecht abschneiden, etwa bei Gesundheitsrisiken. Für Lösungsmittel, die häufig eingesetzt werden und schwer zu ersetzen sind, helfen die detaillierten Unterkategorien dabei, die Variante mit der geringsten Gesamtbelastung auszuwählen. Auf diese Weise lassen sich fundierte Abwägungen treffen, etwa zwischen Energieaufwand in der Produktion und der späteren Entsorgbarkeit.
GreenSOL folgt einer wichtigen Entwicklung in der Analytik: dem Übergang zu einer zirkulären analytischen Chemie. Dieser Ansatz zielt darauf ab, Abfälle zu minimieren, Ressourcen zurückzugewinnen und Prozesse von Anfang an nachhaltiger zu gestalten. Durch die gezielte Betrachtung der Entsorgungsphase werden Labore angeregt, stärker über Rückgewinnung und Wiederverwendung von Lösungsmitteln nachzudenken. Mithilfe der Daten aus der Entsorgungsphase lassen sich geeignete Strategien für die Abfallbehandlung entwickeln. Bei Lösungsmitteln mit guten Recyclingwerten kann bereits eine einfache Rückgewinnung vor Ort dazu beitragen, Kosten zu senken und gleichzeitig einen geschlossenen Ressourcenkreislauf zu schaffen.
Tabelle 1: Einzelne Kategoriewerte für Lösungsmittel, einschließlich zusammengesetzter Werte für die Unterkategorien für Umweltauswirkungen und Behandlungspotenzial der Entsorgungsphase
Konstruktiver Umgang mit der Wahrheit
GreenSOL macht deutlich, dass echte Nachhaltigkeit bei Lösungsmitteln nicht darin besteht, eine perfekte Option zu finden. Vielmehr geht es darum, unvermeidliche Zielkonflikte bewusst zu erkennen und verantwortungsvoll damit umzugehen. Transparenz ist entscheidend, um zu vermeiden, dass Belastungen lediglich von einer Phase des Lebenszyklus in eine andere verschoben werden. Ein verlässlicher Leitfaden muss diese Kompromisse sichtbar machen statt sie zu verbergen. Wer ausschließlich auf Toxizität achtet, übersieht möglicherweise den hohen Energiebedarf in der Herstellung. Wer nur die Produktion optimiert, kann am Ende ein größeres Problem bei der Entsorgung erzeugen. Beim ganzheitlichen Blick stellt sich deshalb eine zentrale Frage: Lösen wir ein Problem, indem wir an anderer Stelle ein neues schaffen? Genau dieses Denken über den gesamten Lebenszyklus von Lösungsmitteln hinweg ist die wichtigste Erkenntnis.
Die Suche nach dem vollkommen umweltfreundlichen Lösungsmittel gleicht letztlich einer Illusion. Kein einzelnes Lösungsmittel erfüllt alle Kriterien über seinen gesamten Lebensweg hinweg. Das praktische Ziel sollte daher darin bestehen, fundierte Entscheidungen zu treffen und die Gesamtbelastung für Umwelt und Gesundheit möglichst gering zu halten. Die größten Fortschritte werden ohnehin häufig durch einen geringeren Lösungsmittelverbrauch und durch optimierte analytische Methoden erreicht.
Die zentrale Botschaft lautet deshalb: Das umweltfreundlichste Lösungsmittel ist das, das gar nicht erst verwendet wird. Wenn der Einsatz jedoch unvermeidbar ist, lässt sich heute auf Basis belastbarer Daten die nachhaltigere Wahl treffen. GreenSOL liefert dafür die bislang fehlende Orientierung und zeigt den Weg zu nachhaltigeren Labors und einer verantwortungsvolleren Zukunft.
Quellen
[1] Psillakis E., Pena-Pereira F. (2024). The twelve goals of circular analytical chemistry. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 175: 117686–117686. https://doi.org/10.1098/rsos.21200.
[2] Psillakis E. (2025). Towards sustainable analytical chemistry. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 191: 118371. https://doi.org/10.1016/j.trac.2025.118371.
[3] Stampolaki, E., Mondello, A., Alladio, E., Oliveri, P., Mazzoleni, A., Pena-Pereira, F., Psillakis, E. (2026). GreenSOL: Green solvent guide for analytical chemistry based on production-to-end-of-life assessment. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 194: 118531. https://doi.org/10.1016/j.trac.2025.118531.
Mitwirkende
Elefteria Psillakis: Konzeption, Methodik, Datenerhebung und Berechnungen zu den Phasen Anwendung und Entsorgung
Alice Mondello: Datenerhebung und Berechnungen zur Herstellungsphase (LCA-Studien)
Eugenio Alladio und Paolo Oliveri: Entwicklung der Web-App
Francisco Pena-Pereira: Validierung
