Ist Recycling das Maß aller Dinge?

Plädoyer für die Einführung des Kriteriums "Wirkungsgrad" bei ökologischen Diskussionen

(erschienen in: Energieanwendung, Energie- und Umwelttechnik, 43. Jg., Heft 1, Jan. 1994, als Sonderdruck verfügbar)

Mit diesem Kriterium hat die Verpackungsverordnung die ursprünglich vernünftige abfallpolitische Linie verlassen. Das Abfallwirtschaftsgesetz schreibt bisher vor, daß die Abfallwirtschaftspolitik auszurichten sei auf 1. vermeiden, 2. vermindern und erst 3. verwerten (und 4. verbrennen). Die Umkehrung der Prioritäten wird damit begründet, daß "Vermeiden" und "Vermindern" nicht durchsetzbar seien, bzw. sich im Gefolge der Verpackungsverordnung von alleine ergeben würden, und lediglich das Kriterium "Verwerten" politisch durchsetzbar und meßbar sei.

In der öffentlichen Diskussion ist die Recyclingfähigkeit hierdurch in den letzten Jahren sehr schnell zum einzigen Kriterium bei der Beurteilung der Umwelteignung eines Verpackungsmittels geworden.

Zwar wird in der jüngeren Vergangenheit und auch derzeit - genau genommen mit einiger Verspätung - immer wieder auf die Notwendigkeit von Ökobilanzen verwiesen, und es werden sogar verstärkte Anstrengungen unternommen, Ökobilanzen zu erarbeiten bzw. ihre Methodik zu systematisieren. In der Praxis läuft das derzeitige Verhalten jedoch darauf hinaus, daß politisch unbequeme Konsequenzen von Ökobilanzen nicht veröffentlicht oder in der Öffentlichkeit diskreditiert werden. Ökobilanzen und ihre Ergebnisse werden solange zerredet, bis ihre zum Teil sehr klaren Aussagen praktisch nicht mehr nutzbar sind. Häufig steckt sogar Absicht hinter diesem Diskussionsgebaren. Statt komplizierte Ökobilanzen zu verwenden, haben sich auch viele ernstzunehmende Umweltschützer und Ökologen folgende Argumentation angewöhnt: "Die Natur lebt es uns doch vor. In der Natur wird mit geringfügigem Energieansatz vor allem eine extrem hohe Rate an stofflicher Wiederverwertung praktiziert: der geschlossene Kreislauf von Stoffen."

Dieser auf den ersten Blick einleuchtende Ansatz verführt zu dem Glauben, daß der stoffliche Kreislauf, den man in der Natur zu finden meint, ein gutes Beispiel für anzustrebende stoffliche Kreisläufe in der Industrie sei. Sind diese Annahmen und die daraus gezogenen Konsequenzen aber überhaupt zutreffend?

Außer einigen Prozent an Erdwärme, die aus der Entstehungszeit unseres Planetensystems noch gespeichert sind bzw. durch radioaktive Prozesse im Erdinneren gebildet werden, steht der Biosphäre auf der Erde nur die Sonnenenergie zur Verfügung. Der Wirkungsgrad der Photosynthese (Energieausbeute in gebundener organischer Materie im Verhältnis zur eingestrahlten Solarenergie) beträgt aber z. B. auf einem Maisfeld nur 1,5 - 2,0 %, und selbst im tropischen Regenwald maximal 4,5 %. Da die Photosynthese im wesentlichen die "Pumpe" für den sogenannten Kohlenstoffkreislauf der Erde darstellt, ist es natürlich interessant, sich die Mengenbilanz dieses "Kreislaufs" zu vergegenwärtigen: Einem Kohlenstoffreservoir (in Form von Karbonaten, fossiler organischer Materie, und gelöstem Kohlendioxid in den Meeren) etwa in der Größenordnung von 10¹⁴ Tonnen steht ein Kohlenstoffumschlag (Kohlenstoffluß aus den Meeren bzw. der Atmosphäre in die Biosphäre und zurück) in Höhe von nur etwa 5 x 10¹⁰ Tonnen pro Jahr entgegen, also nicht einmal ein Promille des gesamten Kohlenstoffvorrates bzw. der Kohlenstoffmenge, die bereits einmal organisch bewegt wurde. Ob ein solcher Kohlenstofffluß als "Kreislauf" bezeichnet werden kann, ist eine völlig uninteressante Frage, da rein theoretisch der Kohlenstoffumschlag nur einmal in 10.000 Jahren oder mehr erfolgt. In Wahrheit ist der viel zitierte "Kreislauf" offen, also eben kein Kreislauf, da die überwiegende Kohlenstoffmenge in Form von Kalzium- und Magnesiumkarbonaten "endgelagert" wird.

Die stoffliche Nutzung des Kohlenstoffes (ausgehend vom CO2) ist, wie wir uns soeben vergegenwärtigt haben, nur mit einem energetischen Wirkungsgrad von 1 % bis bestenfalls 4 % möglich. Wo bleibt der Rest der Energie? Diejenigen Ingenieure, Physiker, Chemiker und Biologen, die sich auch noch an die "unangenehmen" Bestandteile des Studiums erinnern, besinnen sich an die Thermodynamik und das Phänomen Entropie. Motorenbauern und Energietechnikern ist diese Größe vielleicht weniger geläufig, aber sie kennen den Begriff "Wirkungsgrad".

Wir alle wissen, daß es keinen chemischen oder physikalischen Prozeß gibt, bei dem es nicht zu Energieverlusten kommt, besagte Entropie oder Wirkungsgradverminderung. Die für offene Systeme treffende Nichtgleichgewichtsthermodynamik - die auch in der Lage ist, eine adäquate Beschreibung des offenen Systems "Erde" aus thermodynamischer Sicht zu liefern - beschreibt die Ursache für die phantastische Strukturvielfalt, deren Produkt und Bestandteil wir sind: Der überkritische Energiefluß aus der Sonne auf die Erde erzwingt einen Entropieexport, der identisch ist mit dem plötzlichen Auftreten von selbstorganisierten, den sogenannten dissipativen Strukturen. W. Ebeling nannte das letztlich durch die Photonen getriebene Geschehen auf der Biosphäre der Erde auch deshalb einmal "Photonenpumpe" (siehe Abb. 1). Dem nutzbaren Energiefluß zur Erde steht eine entsprechende Entropieexportrate in gleicher Höhe entgegen. Die Evolution (inkl. der menschlichen Gesellschaft) bezieht die Energie für ihren Antrieb aus der Termperaturdifferenz zwischen der Sonne und dem "schwarzen" Hintergrund des Universums.

Diese Überlegungen führen letzlich dazu, alle ökologischen Betrachtungen, soweit sie sich auf wirtschaftliche und industrielle Prozesse beziehen, unter der Leitidee eines ökologischen Wirkungsgrades anzustellen. Danach wäre es entscheidend zu ermitteln, mit welchem Wirkungsgrad es uns gelingt, bestimmte wirtschaftliche oder industrielle Leistungen zu vollbringen. Wirkungsgrad in diesem Sinne steht für den Kehrwert des Umweltgüterverbrauchs aller Art.

Nur diejenigen Produkte und Verfahren können im Vergleich zu konkurrierenden als "umweltfreundlich" angesehen werden, die mit der geringsten Gesamtmenge an Umweltgüterverbräuchen auskommen (hoher Wirkungsgrad). Letztlich kann theoretisch nur die Gesamt-Entropieproduktion (die sicher schwer zu berechnen ist) pro Produkt als Vergleichskriterium herangezogen werden. In erster Näherung kann man, weil alle Prozesse mit Energieumsatz gekoppelt sind, so auch die Reinigung von Wasser und Luft, auf den Gesamtenergieumsatz eines Verfahrens oder den Gesamtenergieverbrauch eines Produktes zurückgreifen.

Es ist deshalb verdienstvoll, wenn beispielsweise für das Kupferrecycling errechnet wurde, welcher Gesamtenergieverbrauch beim Einsatz einer unterschiedlichen Quote von Recyclingkupfer resultiert. Da die Kupferherstellung ausgesprochen energieintensiv ist, sinkt zunächst mit steigendem Einsatz von Recyclingkupfer der Gesamtenergieverbrauch dramatisch (Abb. 2), von rund 18.000 KWh pro Tonne auf ein Minimum von etwa 8.000 Kwh. Eine durchaus zu erwartende Entwicklung. Ab einer Recyclingquote von 55 % jedoch steigt der Energieverbrauch plötzlich extrem an und strebt sehr schnell gegen Unendlich. Dieser für viele überraschende Tatbestand ist für denjenigen, der in Wirkungsgraden oder unter Berücksichtigung der Entropie zu denken gewohnt ist, kein Wunder: Ab einer bestimmten, für den jeweiligen Stoff charakteristischen Quote, ist die Verteilung und Verschmutzung (der Entropieanteil) so hoch, daß die Sammlung und Reinigung mit einem so hohem Energieaufwand (und den damit verbundenen Wirkungsgradverlusten) verbunden ist, daß ein kumulierter Wirkungsgradverlust eintritt. Der benötigte Energieverbrauch geht gegen Unendlich.

Dies entspricht dem Wirkungsgrad eines Motors im Auto, der den Luft- und den Rollwiderstand überwinden muß. Da der Fahrwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ansteigt, braucht man eine Verdoppelung der Motorleistung, um die Höchstgeschwindigkeit um 25 %, eine Verdreifachung, um sie um 44 % und eine Verachtfachung, um sie um 100 % zu steigern.

Nicht anders ist dies bei Verpackungsabfällen. Abb. 3, 4 und 5 zeigen die Verpackung von Stoffen, die in der Umweltdiskussion eine beliebte Rolle spielen: vor allem Joghurt, aber auch Sauerkraut oder Kaffee. Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß Kunststoffe nur wenige Prozent des zu verpackenden Produktes an Gewicht erfordern, um die Verpackungsleistung zu erbringen. Es kommt zu der kuriosen Konsequenz, daß bei Recyclingquoten von 72 % gemäß Verpackungsverordnung für Glas in allen drei Beispielen mehr Restmüll (28 % der eingesetzten Glasmenge) entsteht, als überhaupt an Kunststoff benötigt wird.Würde der gesamte deutsche Kaffeeverbrauch in Glas verpackt, wären ca. 120.000 Tonnen mehr Restmüll aus dem Glasrecycling zu entsorgen als generell an Kunststoffen für die Kaffeeverpackung eingesetzt werden müßten. Noch kurioser ist, daß allein an Trockenmasse Kaffee eine halbe Million Tonnen Abfall, inkl. des natürlich im Kaffeesatz enthaltenen Wassers 1 - 2 Mio t Kaffee-Abfall entsteht - bei nur 11.000 t Kunststoff-Abfall, der aber viel mehr Anlaß zur öffentlichen Diskussion gibt.

Überlegungen dieser Art, ökologisch so brisant wie wichtig, sind aber nach Geist und Buchstabe der Verpackungsverordnung uninteressant.

Vielmehr schreibt sie der Kunststoffindustrie vor, die ohnehin extrem gewichts- (und somit Umweltgüterverbrauchsmäßig) minimierten Verpackungen von Joghurt, Sauerkraut und Kaffee noch stofflich zu recyclen. Dieses fällt einem Werkstoff, der nur wenige Prozent Gewicht im Verhältnis zum verpacktem Gut mitbringt, naturgemäß schwer. Denn nun kleben an 4,5 Gramm Polypropylen noch 3 Gramm Joghurt, an 2 Gramm Sauerkraut-Mehrschichtfolie noch 5 Gramm Sauerkrautfäden und -wasser oder an 20 Gramm Kaffeeverpackungsfolie noch 4 Gramm Röstkaffee. Dem Werkstoff Glas machen diese Verunreinigungen nichts aus.
Zum einen ist er gewichtsmäßig den Anhaftungen klar im Vorteil. Zum anderen wird er bei 800 - 1100 Grad geschmolzen, wobei alle anhaftenden Bestandteile pyrolysiert werden und als Abgase oder Schlacke anfallen.

Niemand käme auf den Gedanken, von der Stahlindustrie ein "stoffliches Recycling" von Baustahl, z.B. beim Abriß einer Stahlbeton-Brücke, zu fordern. Hierzu müßten die Stahlträger oder -seile mechanisch von Beton und Rost befreit werden, blitzblank geschmirgelt und entweder direkt neu in eine Brücke eingebaut oder vorher (durch Walzen, Warmformen oder Ziehen) umgeformt werden. Jedenfalls würde eine künftige "Baustoff-Verordnung" verbieten, den Stahl in Hochöfen zu verwerten, da dies eine chemische Umwandlung ist und dabei unerträglich viel Energie verbraucht, CO2 und Dioxine emittiert werden.

Dem Kunststoff wird dagegen auferlegt, mit dem anhaftenden Joghurt, Sauerkraut oder Kaffee stofflich klarzukommen, während die Glasindustrie die Verunreinigungen "verbrennen" darf. Die Verpackungsverordnung erzwingt alsodie Benutzung eines Materials, das gut zu recyclen ist (das ist in stofflicher Hinsicht Glas, ohne Zweifel), bei dem aber der gesamte Umweltgüterverbrauch bzw Wirkungsgradverluste erheblich höher sind als bei Kunststoff. Zu seiner Herstellung werden nur minimale Mengen an Umweltgütern verbraucht, weil seine benötigte Menge bereits extrem vermindert worden ist - eigentlich die Hauptaufgabe der ursprünglich formulierten Abfallwirtschaftspolitik.

Doch damit nicht genug. Der Bürger soll pro Kopf etwa 8 - 10 kg Kunststoffverpackungen pro Jahr einsammeln. Aufgrund der geringen Durchschnittsgewichte der Kunststoffverpackungen sind das aber etwa 2000 Einzelteile, die, über das Jahr verteilt, mit den unterschiedlichsten Verunreinigungen anfallen.. Energetisch betrachtet, sammelt der Bürger - vom schlechten Gewissen gepeinigt - in 4 ml-Portionen über das Jahr hinweg etwa 8 Liter Benzin (eine Menge, die jahresdurchschnittlich bedenkenlos in 2 oder 3 Tagen verfahren wird).

Im Landkreis Stormarn, in dem der Autor seinen Wohnsitz hat, wird eine entsprechende Menge organischer Materie alljährlich bei Osterfeuern an einem einzigen Samstagabend in Qualm und Rauch aufgelöst und verbrannt: etwa 1000 Tonnen, mehr sollen die Stormarner Bürger an Kunststoff im Jahr nicht vor der Verbrennung "retten".

Aus diesen Betrachtungen ergibt sich nur eine Konsequenz: Politik und Umweltschutz müssen auch auf dem Gebiet der Verpackungsverordnung wieder zu den vernünftigen Kriterien zurück kommen, mit denen in den 70er Jahren Umweltpolitik eingeleitet wurde. Es begann mit "Vermeiden" und "Vermindern". In der Sprache der Thermodynamik heißt dieses nichts anderes als: Prozesse und Produkte finden, die die gewünschte Leistung mit einem Minimum an Wirkungsgradverlusten, also mit einem Minimum an Entropieprodukion erbringen. In der Sprache der Ökologie ausgedrückt bedeutet das: Produkte und Verfahren etablieren, die mit einem Minimum an Umweltgüterverbräuchen auskommen.

Die Distribution und Benutzung von Waren und vor allem der Lebenslauf einer Verpackung ist wiederum nichts anderes als die Überführung eines ursprünglich energetisch hochwertigen Produktes mit niedrigem Entropieinhalt in ein Produkt mit extrem hohem Entropieinhalt. Nach Gebrauch ist die Verpackung verschmutzt und über das ganze Land nahezu gleichförmig, d.h. statistisch verteilt. Nach Boltzmann

(S=k x ln P)

entspricht dieses einem hohen Entropiegehalt.

Die entscheidende Frage lautet daher:

Ist es für die Umwelt und für die Minimierung der Umweltgüterverbräuche sinnvoll, nun mit einem Übermaß an Energieverbrauch - und neuerlichen Wirkungsgradverlusten die entropisch hoch "belasteten" Verpackungsmittel aus der gesamten Bundesrepublik wieder einzusammeln, zu sortieren, zu waschen, womöglich zu fraktionieren und in Werkstoffe zu verwandeln, die ihr Ausgangspotential an Materialeigenschaften ohnehin nicht mehr erreichen? Glauben wir wirklich, daß mit einer Verordnung die Entropie aus der Welt geschafft werden kann? Gewissermaßen das Perpetuum mobile, das schon im Mittelalter als Illusion verloren ging, wieder zu erwecken wäre?

Es müßte doch möglich sein, auch in der Umweltpolitik Größen und Kriterien der Wissenschaft, hier speziell der Thermodynamik, anzuwenden. Demzufolge sollten wir uns alle bemühen, energetisch und entropisch hoch effiziente Verfahren und Produkte zu gebrauchen, weil sie es sind, die die Umwelt am wenigsten belasten. Danach können wir auch den unvermeidbaren "Fehler" der Verteilung und Verschmutzung von Verpackungsmitteln - die unbedingt nur nach dem Kriterium des Minimums an Umweltgüterverbrauch ausgewählt werden dürften - nicht damit kompensieren, daß wir einen weiteren "Fehler" begehen und nunmehr mit einem Übermaß an Energieaufwand und Entropieproduktion die Einzelteile wieder einsammeln, reinigen und einer lediglich gewissensentlastenden stofflichen Verwertung zuführen.

Nach Entropiekriterien sind stoffliche Recyclingverfahren nur für solche Abfallstoffe sinnvoll, bei denen aufgrund örtlich hohen Aufkommens in großer Reinheit und bei geringem Energieverbrauch eine Gesamtenergieminimierung erreicht werden kann. Bei allen Stoffen, bei denen dieses nicht möglich ist, kann die Abfallpolitik und Abfalltechnologie nur noch nach dem Kriterium vorgehen, die Entsorgung mit einem möglichst geringen Aufwand an Energie (und Entropieproduktion) und natürlich Umweltverschmutzung (in Form von Emissionen) durchzuführen. Wenn dabei, wie zum Beispiel bei einer modernen Müllverbrennung, mit Hilfe ausgedienter Kunststoffverpackungen auch noch die Dienstleistung gelingt, organischen Hausmüll (darunter Kaffeesatz) zu entwässern, eine Restmüllvergasung vorzunehmen und Energie in Form von Strom oder Wärme zurückzugewinnen, ist das in der Tat ein Nutzen.

In diesem Fall wäre das fossile Erdöl, eine von der Natur end- oder zwischengelagerte Menge an Kohlenstoff, nicht wie sonst 90 % seines Verbrauches direkt verbrannt worden. Vielmehr hätte dieser Erdölanteil einen wertvollen Umweg gemacht: den über die Verpackung.

Kurzfassung erschienen im Handelsblatt Nr. 43, 02.03.1994