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, durchdringt Biofilme besser als herkömmliches Chlor und vermeidet die Bildung potenziell krebserregender halogenierter Nebenprodukte (wie Trihalogenmethane und Haloessigsäuren), die mit der klassischen Chlorung einhergehen. Doch es gibt eine Frage, die die wissenschaftliche Literatur bisher nicht systematisch beantwortet hat: Haben alle Methoden der ClO₂-Produktion die gleichen Auswirkungen auf die Umwelt? Oder macht die Wahl eines bestimmten Synthesewegs wirklich einen Unterschied?

Um diese Frage zu beantworten, haben wir die erste vergleichende Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment, LCA) von zehn industriellen ClO₂-Produktionsverfahren durchgeführt, wobei wir die internationalen Normen ISO 14040 und 14044 befolgt und die Datenbank ecoinvent v3.8 verwendet haben. Die Referenzeinheit beträgt 1 kg produziertes ClO₂, und wir haben sechs Wirkungskategorien bewertet: Klimawandel, Süßwasser-Ökotoxizität, Humantoxizität, Wasserverbrauch, Versauerung und Eutrophierung.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Verfahrens eine große Rolle spielt. Der CO₂-Fußabdruck variiert um 35 Prozent zwischen der besten und der schlechtesten Methode (3,86 bis 5,20 kg CO₂-Äquivalent pro kg ClO₂), während die Humantoxizität um das bis zu 6,6-fache variieren kann. Verfahren auf Salzsäurebasis haben die stärksten toxikologischen Auswirkungen, während der elektrochemische Weg sowie das auf Chlor und Natriumchlorit (Cl₂ + NaClO₂) basierende Verfahren in Bezug auf die Klimaemissionen am günstigsten abschneiden.

Aus der Analyse der Beiträge ergibt sich eine interessante Tatsache: In den meisten Fällen ist nicht die eigentliche Synthese von ClO₂ die größte Umweltbelastung, sondern die vorgelagerte Produktion der Vorläuferreagenzien (Chlorat und Natriumchlorit), die allein 85–97 % des gesamten Klimafußabdrucks ausmacht. Das bedeutet, dass der effektivste ökologische Hebel nicht so sehr in der Reaktoroptimierung liegt, sondern in der Dekarbonisierung der vorgelagerten chemischen Lieferketten.

Ein aus anwendungstechnischer Sicht besonders relevantes Ergebnis ist zudem: Der elektrochemische Weg ist zwar auf dem Papier der „sauberste“, hängt aber stark vom Energiemix des Stromnetzes ab. Wir haben einen kritischen Schwellenwert von etwa 0,35 kg CO₂ pro kWh identifiziert: Unterhalb dieses Wertes, wie er in Ländern wie Norwegen, Frankreich oder der Schweiz üblich ist, ist die Elektrochemie die beste Wahl; oberhalb (z. B. in kohledominierten Netzen) schwinden ihre klimatischen Vorteile. Zudem verbraucht die Elektrochemie mehr Wasser als Alternativen – ein Aspekt, der in Kontexten von Wasserknappheit nicht übersehen werden sollte.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Es gibt keinen „eindeutigen Gewinner“ unter den Methoden. Die beste Wahl hängt vom Kontext, dem lokalen Energiemix, der Wasserverfügbarkeit, den regulatorischen Beschränkungen für anorganische Nebenprodukte (Chlorit und Chlorat) sowie der Art der zu behandelnden Krankheitserreger ab. Für chlorresistente Mikroorganismen wie Giardia und Cryptosporidium bleibt ClO₂ beispielsweise auch bei etwas höheren Produktionsbelastungen eine funktionell exzellente Wahl.

Diese Arbeit bietet Wasserversorgern und Regulierungsbehörden ein konkretes quantitatives Instrument zur Steuerung technologischer Entscheidungen nach Nachhaltigkeitskriterien. Sie bestätigt zudem, wie zentral es für ein Unternehmen wie das unsere, das in der Entwicklung von Instrumentierungs- und Dosiersystemen tätig ist, ist, den gesamten Lebenszyklus der Technologien zu betrachten, die wir auf dem Markt anbieten.

Wer mehr erfahren 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
, R&D Special Project