Ressourcen für die Energiegewinnung und Produktion
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Ressourcen für die Energiegewinnung und Produktion:
Die Extraktion und Verarbeitung von Ressourcen
verursacht die Hälfte der globalen Treibhausgase
Forum VERA: Kann die Wirtschaft ökologisch wachsen?
Livia Cabernard – Institute of Science, Technology & Policy, ETH Zurich
11. September 2020
Livia Cabernard | 11.09.20 | 1
Warum sind Materialressourcen wichtig?
Die globale Nachfrage hat sich seit 1970 verdreifacht
Biomasse • Der Materialfussabdruck stieg von 7 auf
Fossile Brennstoffe 12 Tonnen pro Kopf und Jahr
Metalle
Nicht-metallische
Mineralien • Bis 2060 wird sich die Nachfrage
nochmals verdoppeln (OECD, 2018)
Source: International Resource Panel 2019
Livia Cabernard | 11.09.20 | 2
Kann die Wirtschaft ökologisch wachsen?
§ Welche Umweltauswirkungen entstehen bei der Produktion von Materialressourcen?
§ Wie haben sich diese über die letzten 20 Jahre verändert, was sind die Treiber und wie
sind die Prognosen für die Zukunft?
§ Inwiefern spielt Wohlstand eine Rolle?
§ Wie beeinflusst der internationale Handel von Materialressourcen die Nachhaltigkeit?
§ Wo sind die Hotspots der Umweltauswirkungen und wo besteht Potential zur
Reduzierung der Emissionen?
§ Wo steht die Schweiz und welche Rolle spielt sie beim internationalwn Handel von
Materialressourcen?
§ Beispiel globale Plastikproduktion: Sind die Emissionen global relevant und wo besteht
das grösste Potential zur Reduzierung der Emissionen?
§ Mikroplastikverschmutzung: Was ist das Ausmass und inwiefern ist das problematisch
für Mensch und Umwelt?
Livia Cabernard | 11.09.20 | 3
Methodischer Ansatz
Industrieller
Sektor
Endkonsum
Transaktionen
Ressourcen
Extraktion
Umwelt-
auswirkungen
• Treibhausgase
• Wasserstress
• Biodiversitäts-
MULTI-REGIONAL INPUT-OUTPUT ANALYSIS (MRIO): verlust
(vereinfachtes Beispiel) • ...
Livia Cabernard | 11.09.20 | 4
Methodischer Ansatz bisher: Einheimische
Umweltauswirkungen (Produktionsperspektive)
Industrieller
Sektor
Endkonsum
Transaktionen
Ressourcen
Extraktion
Umwelt-
auswirkungen
• Treibhausgase
• Wasserstress
• Biodiversitäts-
MULTI-REGIONAL INPUT-OUTPUT ANALYSIS (MRIO): verlust
(vereinfachtes Beispiel) • ...
Livia Cabernard | 11.09.20 | 5
Methodischer Ansatz: Konsum- oder Fussabdruckperspektive
(schliesst die Umweltauswirkungen von Importen ein)
Industrieller
Sektor
Endkonsum
Transaktionen
Ressourcen
Extraktion
Umwelt-
auswirkungen
• Treibhausgase
• Wasserstress
MULTI-REGIONAL INPUT-OUTPUT ANALYSIS (MRIO): • Biodiversitäts-
verlust
(vereinfachtes Beispiel) • ...
Livia Cabernard | 11.09.20 | 6
Methodischer Ansatz: Beurteilung der Umweltauswirkungen von
Materialressourcen und Verfolgung entlang der gesamten Handelskette
Strom Verkauf Industriesektor
Kohle Wir
Endkonsum
Plastik MacBook Transaktionen
Erdöl
Ressourcen
Extraktion
Umweltauswirkungen
• Treibhausgase
• Wasserstress
• Biodiversitätsverlust
• Sozioökonomische
Effekte
•…
Vorkette Produktion Weiterverabeitung Endsektor Konsum
z.B. Strom z.B. Plastik z.B. MacBook z.b. Appleshop z.b. CH Haushalte
Livia Cabernard | 11.09.20 | 7
Methodischer Ansatz kann auf jedes beliebige Material,
Industriesektor und Land angewendet werden
Ø Basiert auf “Environmentally-extended multi-regional input-output analysis”:
àGlobale Wirtschaft wird in 163 Sektoren und 49 Regionen resp. 189 Länder eingeteilt
Ø Implementierung der von UNEP-SETAC Life Cycle Initiative (UNEP, 2016) empfohlenen
Wirkungsindikatoren:
• Klimawandeleffekte (Treibhausgase)
• Andere Wirkungen: Wasserstress, Biodiversitätsverlust, Gesundheitseffekte
Partikelemissionen sowie sozio-ökonomische Indikatoren
Ø Verfolgung von Umweltauswirkungen entlang von globalen Handelsketten
• Softwaretool frei verfügbar: http://dx.doi.org/10.17632/nddmgkm3cc.1
• Methodendokumentation: Cabernard L, Pfister S, Hellweg S, A new method for analyzing sustainability
performance of global supply chains and its application to material resources, Science of the Total Environment
684, 2019, p. 164-177, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.434
Livia Cabernard | 11.09.20 | 8
Die Extraktion und Verarbeitung von Ressourcen zu Materialien, Brennstoffen und
Nahrungsmitteln verursacht mehr als die Hälfte der globalen Treibhausgasemissionen
100%
Households
90%
Remaining economy
80% Biomass
Share of global impacts
70% Fossils
Metals
60%
Non-metal minerals
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Material Climate PM health Water stress Land-use Value added Workforce
footprint change impacts related
impacts biodiversity
loss UNEP Global Resources Outlook 2019
Livia Cabernard | 11.09.20 | 9
Kann die Wirtschaft ökologisch wachsen?
Global Resources Outlook 2019
Livia Cabernard | 11.09.20 | 10Relative Entkopplung von Treibhausgasemissionen und
Bruttoinlandsprodukt, aber die Effekte steigen absolut gesehen an.
Impacts of material resource production
Above level of 1995
Below level of 1995
Global Resources Outlook 2019
Livia Cabernard | 11.09.20 | 11Pro Kopf Fussabdrücke steigen mit Einkommen an
Pro Kopf Fussabdrücke aufgrund der Netto Handelseffekte pro Kopf aufgrund der
Produktion von Materialressourcen (Jahr 2015) Produktion von Materialressourcen
Global Resources Outlook 2019 Livia Cabernard | 11.09.20 | 12Einkommensstarke Länder lagern die Umweltauswirkungen ins Ausland aus
Pro Kopf Fussabdrücke aufgrund der Netto Handelseffekte pro Kopf aufgrund der
Produktion von Materialressourcen (Jahr 2015) Produktion von Materialressourcen (Jahr 2015)
Net exporter
Net importer
Global Resources Outlook 2019 Livia Cabernard | 11.09.20 | 13In aufstrebenden Ökonomien wie China werden die Materialien zum Aufbau der
Infrastruktur genutzt. In Industrieländern dominiert der private Konsum.
China
Cabernard et al. 2019
Livia Cabernard | 11.09.20 | 14Mineralien zeigen relativ den stärksten Anstieg in den globalen
Treibhausgasemissionen
Treibhausgasemissionen relative
11% 11%
zum Level von 1995 (=0%)
10%
15% 37%
17%
Above level Global climate change impacts in 2015
of 1995
Below level
of 1995
Livia Cabernard | 11.09.20 | 15China emittiert mehr als die Hälfte der globalen Treibhausgase von
Mineralien (Jahr 2015)
Countries
Länder diewhere mineralsvon
Treibhausgase carbon
footprintemittieren
Mineralien is caused
10
9
8 China
7 India
Gt CO2eq
6 EU
5 USA
4 Japan
3 Brazil
2 Russia
1 Other world
0
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2013
2015
Livia Cabernard | 11.09.20 | 16China produziert schmutzig: Kohle wird als Energiequelle zur
Produktion von Mineralien verwendet
Countries
Länder diewhere mineralsvon
Treibhausgase carbon Sektoren in China, die die Treibhausgase
footprintemittieren
Mineralien is caused für die Mineralien-Produktion emittieren
10
9
8 China Other
minerals Cement
7 India
Gt CO2eq
20% 23%
6 EU
5 USA Coal
4 mining
Japan 14% Iron & steel
3 Brazil 22%
2 Russia Coal
1 electricity
Other world 21%
0
Jahr 2015
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2013
2015
Livia Cabernard | 11.09.20 | 17Die meisten Mineralien werden auch in China genutzt
Wo werden die Wer nutzt die
Treibhausgasemissionen emittiert? Mineralien?
Grey: Domestic flows China
China Colored: trade flows
India
India EU
EU
USA USA
Japan Japan
Brazil Brazil
Russia
Russia
Other Other
world world
Livia Cabernard | 11.09.20 | 18Ohne China: 50% der Treibhausgasemissionen von Mineralien aufgrund
von internationalem Handel
Wo werden die Wer nutzt die
Treibhausgasemissionen emittiert? Mineralien?
Grey: Domestic flows China
China Colored: trade flows
India
India EU
EU
USA USA
Japan Japan
Brazil Brazil
Russia
Russia
Other Other
world world
Livia Cabernard | 11.09.20 | 19Reiche Länder wie die EU und die USA sind Importeure von Mineralien
Wo werden die Wer nutzt die
Treibhausgasemissionen emittiert? Mineralien?
Grey: Domestic flows China
China Colored: trade flows
India
India EU
EU
USA USA
Japan Japan
Brazil Brazil
Russia
Russia
Other Other
world world
Livia Cabernard | 11.09.20 | 20Die Produktion von Materialressourcen verursacht fast die Hälfte vom Schweizer Kohlenstoff
Fussabdruck und >80% des Wasserstress und Biodiversitätsverlusts – mehrheitlich im Ausland
Domestic
Domestic
Footprint
Footprint
Domestic
Domestic
Footprint
Footprint
Domestic
Footprint
Footprint
Footprint
Domestic
Domestic
Livia Cabernard | 11.09.20 | 2199% von den Treibhausgase von Schweizer Metallen
werden im Ausland emittiert
Fraction of
Swiss metals
CH: 1% carbon footprint
0% 25%
Logarithmic scale
Livia Cabernard | 11.09.20 | 22Der Biodiversitätsverlusts von Schweizer Metallen
findet komplett im Ausland statt
Fraction of Swiss
metals biodiversity
CH: loss footprintKupfer ist eines der am meistgehandelten Materialien
Inwiefern spielt die Schweiz eine Rolle?
Copper extraction Copper consumption
Latin
America
Latin Other
America Asia &
Grey: Domestic flows Pacific
Colored: trade flows
Other USA
Asia &
Pacific
USA China
China
Europe Europe
Africa
Africa
Australia Australia
Canada Canada
Middle East Middle East
Livia Cabernard | 11.09.20 | 24Schweizer Firmen handeln einen
Grossteil der globalen Materialressourcen
*
Jungbluth et al. 2018
*Iron, Alu, Copper: 60%
Livia Cabernard | 11.09.20 | 25Diese Güter werden von Schweizer Firmen ausserhalb der Schweiz gehandelt,
ausser bei Gold. Wieviel vom globalen Gold wird in der Schweiz raffiniert?
*
Jungbluth et al. 2018
*Iron, Alu, Copper: 60%
Gold? Livia Cabernard | 11.09.20 | 26__% vom global abgebauten Gold wird in der Schweiz raffiniert,
aber Schweizer Zollstatistiken erfassen Gold erst seit 2012
Swiss gold imports
3500
Swiss gold imports [t]
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Livia Cabernard | 11.09.20 | 27Schweizer Gold Importe: Der Handelspartner ist meist nicht das Land wo das
Gold abgebaut wurde. Es fehlt Transparenz in der Herkunft.
Book from Mark Pieth
about Swiss gold trade
Country from which Switzerland
imported gold in 2016
0 200 400 700 tons
Livia Cabernard | 11.09.20 | 28Wieviel der globalen Treibhausgasemissionen sind auf die
Produktion von Plastik zurück führen im Jahr 2015?
§ A) 1.5%
§ B) 3.2%
§ C) 4.5%
§ ?
Livia Cabernard | 11.09.20 | 29Wo werden die Treibhausgase der Plastikproduktion freigesetzt?
Production
2
1.8
Climate change impacts [Gt CO2eq]
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2013
2015
Livia Cabernard | 11.09.20 | 30Climate change impacts [Gt CO2eq]
0
1
2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
1995
1997
1999
Plastik?
2001
2003
2005
2007
Production
2009
2011
2013
2015
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
Consumption
2011
2013
2015
Climate change impacts [Gt CO2eq]
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2013
2015
Net displaced impacts
Net importer Net exporter
Livia Cabernard
|
Wer verursacht die Treibhausgase aufgrund dem Konsum von
11.09.20
|
31Inwiefern spielt Handel eine Rolle?
Produktion Jahr 2015 Konsum
Grey: domestic • Auslagerung der
Colored: trade China Plastikproduktion nach China
China
• Treibhausgasemissionen von
Middle East Plastik in der EU und USA findet
mehrheitlich im Ausland statt
EU
Middle East
South Africa
EU Indonesia
South Africa
USA
Indonesia
USA
Other
Other regions
regions
Livia Cabernard | 11.09.20 | 32Wie hat sich der Handel über die Jahre verändert?
Produktion Jahr 2015 Konsum Produktion Jahr 1995 Konsum
Grey: domestic
Grey: domes1c Colored: trade China
China
Colored: trade China
China Middle East
Middle East
Middle East EU
EU
EU South Africa
Middle East South Africa Indonesia
South Africa Indonesia
EU Indonesia USA
South Africa USA
USA
Indonesia
USA
Other Other Other
Other regions regions regions
regions
Livia Cabernard | 11.09.20 | 33Wo besteht Potential die Treibhausgasemissionen der Plastikproduktion zu reduzieren?
a) Life-cycle b) Fuel c) Domestic emissions d) Plastics carbon footprint e) End-use
stages type (production perspective) (consumption perspective) sector
Fossils Grey: domestic emissions
extract. & Colored: international trade
processing Plastics
between plastics producer end-
and consumer China products
Upstream chain
China
Coal
Electricity
Service
Indonesia
Other Asia Electronics
Indonesia &
Other machinery
upstream Middle East
activities Other Asia
EU Construction
Petroleum Middle East
Plastics production
Plastics Car
resin EU USA industry
production
USA South Africa Food
South Africa Textiles &
Other furniture
Natural gas Other regions
Further regions Other
manufacture Coke end-use
Livia Cabernard | 11.09.20 | 34Wo entsteht die Wertschöpfung der Plastikproduktion?
Where is the value added Where is plastics
of plastics generated? consumed?
Jahr 2015 Livia Cabernard | 11.09.20 | 35Wo sind die Arbeitskräfte für die Plastikproduktion angestellt?
Where is the value added Where is plastics Where is the workforce Where is plastics
of plastics generated? consumed? for plastics occupied? consumed?
China
China
Middle East
EU EU
South Africa South Africa
Indonesia Indonesia
USA
USA
India
Japan India
Japan
Other Asia Other Asia
Other Other
world world
Jahr 2015 Livia Cabernard | 11.09.20 | 36Wie stehen die Länder bez. Plastik Kohlenstoff Fussabdrücke und
wieviel wird jeweils ausgelagert? Wo steht die Schweiz?
Livia Cabernard 37 | 11.09.20 |Kanton Zürich
AWEL
1)
Praxisarbeit von Livia Cabernard beim AWEL in der Sektion Abwasserreinigungsanlagen
Betreuung: Edith Durisch-Kaiser & Jean-Claude Vogel
März – Dezember 2016
| |2) Quantifikation von Mikroplastik in der Nordsee mittels Raman & FTIR Spektroskopie
Masterarbeit
Oktober 2016 – April 2017
Alfred Wegener Institut, Helgoland
North Sea
Betreuung: Gerhard Furrer, Gunnar Gerdts,
Sebastian Primpke, Claudia Lorenz
Helgoland
Livia Cabernard | 11.09.20 | 39Livia Cabernard | 11.09.20 | 40
Livia Cabernard | 11.09.20 | 41
1 Lastwagen/min
42 Livia Cabernard | 11.09.20 |1 Lastwagen/min
43 Livia Cabernard | 11.09.20 |Plastikmüll
(~1 Mia. Tonnen)
*3
*20‘000 44 Livia Cabernard | 11.09.20 |1 Lastwagen/min PlasTkmüll
(~1 Mia. Tonnen)
Fragmentierung
Mikroplastik:
Plastikteilchen1 Lastwagen/min Plastikmüll
(~1 Mia. Tonnen)
Fragmentierung
Industrie
Mikroplastik:
Kosmetik PlastikteilchenRisiken für Mensch und Umwelt
Umwelt
Cu2+
Mikroplastik
Livia Cabernard | 11.09.20 | 47Nachweis von Mikroplastik in der Umwelt: Konzentrationen
variieren sehr stark aufgrund unterschiedlicher Methodik
Studie Partikel m–3
Schweizer Seen 0.5
Rhein, Maas, Seine, Donau 0.5 – 150 x 10‘000
Los Angeles River 14‘000
Livia Cabernard | 11.09.20 | 48Livia Cabernard | 11.09.20 | 49
Probenahme in Züricher Abwasserreinigungs-
anlagen (ARA) und Gewässern
Vor- Nach-
klärung klärung
Livia Cabernard | 11.09.20 | 50Methodik
Proben
Proben
Behandlung mit starker Säure (60%- H2SO4)
Livia Cabernard | 11.09.20 | 51Effekt von 60% H2SO4: Plastikfasern
Livia Cabernard | 11.09.20 | 52Effekt von 60% H2SO4: Baumwollfasern
Livia Cabernard | 11.09.20 | 53Methodik
Proben
Proben
Behandlung mit starker Säure (60%- H2SO4)
Dichteseparation und Zentrifugieren
Livia Cabernard | 11.09.20 | 54Zentrifugierung
Plastik
(ρ > 2 g/cm3 )
Livia Cabernard | 11.09.20 | 55Methodik
Proben
Proben
Behandlung mit starker Säure (60%- H2SO4)
Dichteseparation und Zentrifugieren
Filtration von Überstand (0.45 μm)
Mikroskopische Analyse (100-fache Vergr.)
Livia Cabernard | 11.09.20 | 56Auflichtmikroskop
Faser Partikel Kugel
Livia Cabernard | 11.09.20 | 57Testläufe mit Mikroplastik
Zahnpasta Hautpeeling
Livia Cabernard | 11.09.20 | 58Kloten Werdhölzli Illnau
Werdhölzli
Mikroplastik im Ablauf der Vorklärung
Werdhölzli Rüti
Werdhölzli Werdhölzli
Winterthur Hombrechtikon-Feldbach Kloten Livia Cabernard
Kloten | 11.09.20 | 59Kloten Glattfelden Illnau
Mikroplastik im Ablauf der Nachklärung
Werdhölzli
Kloten
Dübendorf
Dübendorf Kloten Werdhölzli
Glattfelden Livia Cabernard | 11.09.20 | 60
Glattfelden Werdhölzli GlattfeldenPfäffikon Werdhölzli Dübendorf
Mikroplastik im Ablauf der Filtration
Stäfa-Uerikon Bülach Dübendorf
Werdhölzli Regensdor Stäfa-Uerikon
Livia Cabernard | 11.09.20 | 61
fMikroplastik im Gewässer
Livia Cabernard | 11.09.20 | 62Mikroplastik in Abwasser und Gewässern
-80%
-90%
Livia Cabernard | 11.09.20 | 63Gewicht und Oberfläche der täglichen Mikroplastik-Fracht
von Zürcher Abwasserreinigungsanlagen berechnen
Fasern
Kugeln Partikel
ρ ≈ 1.4 g/cm3
ρ ≈ 1 g/cm3 ρ ≈ 1 g/cm3
≈ 500 μm
≈ 30 μm ≈ 30 μm
≈ 5 μm Livia Cabernard | 11.09.20 | 64Tägliche Mikroplastik-Fracht
Anzahl
Gewicht (g/d) Oberfläche (m²/d)
(Mia. Teilchen/d)
Alle ARA im Kanton ZH (64) 31 610 180
Weltbevölkerung: Gewicht Basketball: Fläche Tennisplatz:
8 Mia. Menschen 600 g 250 m²
Livia Cabernard | 11.09.20 | 65Schlussfolgerungen Praxisarbeit
§ Entfernungseffizienz der Nachklärung und Filtration: 90%
§ Tägliche Mikroplastik-Fracht aller Zürcher ARAs:
31 Mia. Teilchen, Oberfläche: 180 m², Gewicht: 600 g
§ Identifikation mit Mikroskop unsicher.
àZuverlässige Identifikation mittels Raman oder FTIR Spektroskopie
Livia Cabernard | 11.09.20 | 66Masterarbeit: Quantifikation von
Mikroplastik in der Nordsee
• Anzahl
• Grössenverteilung Polyethylen
• Polymer-Typ 10 µm
1. Anwendung einer neuen automatisierten
Technik basierend auf Raman Spektroskopie
2. Vergleich Raman und FTIR
Mikroplastik in der Nordsee:
https://doi.org/10.1021/acs.est.8b03438
Livia Cabernard | 11.09.20 | 67Methodik
1. Probenahme
Oberflächenwasserproben der Nordsee
Livia Cabernard | 11.09.20 | 68Methodik
1. Probenahme
Raman Streuung
Oberflächenwasserproben der Nordsee 22mmmm
2 mm
11mm
mm
1 mm
Polystyrene
Fraktionierung
Grosses Mikroplastik Kleines Mikroplastik
Wavenumber [cm-1]
(>500 µm) (10–500 µm)
Laser
2. Labor-
aufbereitung
Partikel auf Goldfilter
In Glasbehälter spülen
3. Analytische
Sortieren mit Mikroskop Untersuchung
µ-Raman Spektroskopie
Livia Cabernard | 11.09.20 | 69Methodik *Attenuated total reflectance Fourier
transform infrared spectroscopy
1. Probenahme
Oberflächenwasserproben der Nordsee
IR absorbance
2 mm
Polystyrene 1 mm
Fraktionierung
Grosses Mikroplastik Kleines Mikroplastik
Wavenumber [cm-1]
(>500 µm) (10–500 µm)
IR
2. Labor-
aufbereitung
Particle arranged on
gold-coated filter
In Glasbehälter spülen
3. Analytische
Sortieren mit Mikroskop Untersuchung
µ-Raman Spektroskopie
ATR-FTIR Spektroskopie*
Livia Cabernard | 11.09.20 | 70Methodik
1. Probenahme
Oberflächenwasserproben der Nordsee
PE
PP
PA
Fraktionierung
PEST
…
Grosses Mikroplastik Kleines Mikroplastik
(>500 µm) (10–500 µm)
Behandlung mit Enzymen
2. Labor- IR
und Wasserstoffperoxid
aufbereitung
Dichteseparation Plastics Count
PE 21
In Glasbehälter spülen Filtration auf Goldfilter PP 5
…
3. Analytische
Sortieren mit Mikroskop Untersuchung
µ-Raman Spektroskopie µ-FTIR chemical imaging Goldfilter
ATR-FTIR Spektroskopie
Livia Cabernard | 11.09.20 | 71Methodik *Single-particle exploring
coupled to µ-Raman spectroscopy
1. Probenahme
Oberflächenwasserproben der Nordsee
Fraktionierung
Grosses Mikroplastik Kleines Mikroplastik
4325 particles
(>500 µm) (10–500 µm)
Behandlung mit Enzymen
2. Labor- und Wasserstoffperoxid
aufbereitung
Dichteseparation Nr. Position Size [µm]
1 … 56
In Glasbehälter spülen Filtration auf Goldfilter 2 … 23
… … …
3. Analytische 4325 … 98
Sortieren mit Mikroskop Untersuchung
µ-Raman Spektroskopie µ-FTIR chemical imaging Goldfilter
ATR-FTIR Spektroskopie SPE-µ-Raman*
Livia Cabernard | 11.09.20 | 72Methodik *Single-particle exploring
coupled to µ-Raman spectroscopy
1. Probenahme
Oberflächenwasserproben der Nordsee
RamanStreuung
22mmmm
11mm
mm
Fraktionierung
Grosses Mikroplastik Kleines Mikroplastik
Wavenumber [cm-1]
(>500 µm) (10–500 µm)
Behandlung mit Enzymen Laser
2. Labor- und Wasserstoffperoxid
aufbereitung
Dichteseparation Nr. Position Size [µm] Polymer
1 … 56 PS
In Glasbehälter spülen Filtration auf Goldfilter 2 … 23 PP
… … … …
3. Analytische 4325 … 98 PE
Sortieren mit Mikroskop Untersuchung
µ-Raman Spektroskopie µ-FTIR chemical imaging Goldfilter
ATR-FTIR Spektroskopie SPE-µ-Raman*
Livia Cabernard | 11.09.20 | 73Methodik
1. Probenahme • Konzentration
Oberflächenwasserproben der Nordsee • Grössenverteilung
• Polymerzusammensetzung
Fraktionierung
Grosses Mikroplastik Kleines Mikroplastik
(>500 µm) (10–500 µm)
Behandlung mit Enzymen
2. Labor- und Wasserstoffperoxid
aufbereitung
Dichteseparation
In Glasbehälter spülen Filtration auf Goldfilter
3. Analytische
Sortieren mit Mikroskop Untersuchung
µ-Raman Spektroskopie µ-FTIR chemical imaging
ATR-FTIR Spektroskopie SPE-µ-Raman
Livia Cabernard | 11.09.20 | 74Die Konzentration vom grossen Mikroplastik ist ähnlich für beide Techniken
und liegt im Bereich bisheriger Studien
Livia Cabernard | 11.09.20 | 75Die Konzentrationen vom kleinen Mikroplastik ist signifikant höher mit der
neuen Raman Technik und wurde bisher stark unterschätzt
Livia Cabernard | 11.09.20 | 76Wie sieht die Grössenverteilung der Mikroplastikkonzentration aus?
a)
b)
c)
Livia Cabernard | 11.09.20 | 77Fazit: Kann die Wirtschaft ökologisch wachsen?
§ Relativ ja, absolut nein àAbsolut ist das Ziel, denn wir haben nur einen Planeten
§ Treibhausgasemissionen sind eine Funktion von Bevölkerungszahl, Wohlstand und Technologie.
§ Mehr Wohlstand kann das Bevölkerungswachstum reduzieren und zu Technologie-bedingten
Effizienzgewinnen führen. Diese Reduktionen werden jedoch immer durch zunehmenden
Konsum übertroffen.
§ Zukunftsprognose: Starkes Wachstum (Bevölkerung und Wohlstand) in Afrika, Asien und
Lateinamerika àNachfrage nach Materialressourcen wird sich verdoppeln und bei business as
usual auch die Umweltauswirkungen
§ Auch erneuerbare Energien, Elektrifizierung, CO2 capture & storage etc. steigern die Nachfrage
von Materialressourcen (vorallem Mineralien)
§ Es braucht dringend konkrete und wirksame Massnahmen
Livia Cabernard | 11.09.20 | 78Was sind konkrete und wirksame Massnahmen? (eine Auswahl)
§ Ausstieg aus Kohle und Umstellung auf erneuerbare Energien entlang der gesamten
Handelskette (global)
§ Substitution von Materialien mit hohen Umweltauswirkungen (z.b. Stahl und Zement durch
nachhaltig abgebautes Holz)
§ (Mikro)-Plastikverschmutzung: Sachgemässe Entsorgung und Verbrennung von Plastik
§ Politik: Aufklärung, Investitionen, Anreize und regulierende Gesetze schaffen
§ Externalisierung der Umweltkosten àrealistische CO2 Steuer
§ Absolute (nicht relative) Ziele setzen (innerhalb der planetaren Grenzen)
§ Paris Agreement auf die Konsumperspektive erweitern: Reiche Länder in saubere Handelsketten
investieren
§ Internationale Zusammenarbeit: Reiche Länder in der Vorreiterrolle
§ Gesellschaft: Umdenken von ökonomisch auf nachhaltig, eine Änderung im Konsumverhalten
sowie Druck auf die Politik entscheidend
Livia Cabernard | 11.09.20 | 79Was können Sie als Lehrer/In bewirken?
Bildung und Aufklärung bezüglich Umweltproblematik ist zentral
§ Wir Konsumenten tragen eine Verantwortung
§ Verstärktes Umweltbewusstsein und Änderung im
Konsumverhalten wichtig
§ Umdenken von ökonomisch auf nachhaltig: Wenn etwas billig ist
zahlt oft die Umwelt den Preis oder es kommt zur sozialen
Ausbeutung àMehr Qualität statt Quantität
§ Die Politik versagt: Druck auf die Politik enorm wichtig, z.b. durch
Klimastreik
§ Schüler/innen auf die politische Mitbestimmung durch Abstimmen
aufmerksam machen
Livia Cabernard | 11.09.20 | 80Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt: livia.cabernard@istp.ethz.ch Methodik verfügbar als Tool: http://dx.doi.org/10.17632/nddmgkm3cc.2 Studie dazu: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.434 Global Resource Outlook: http://www.resourcepanel.org/reports/global-resources-outlook G20 factsheets on natural resource use: https://www.resourcepanel.org/reports/natural-resource-use-group-20 Mikroplastik in Zürcher ARA und Gewässern: https://www.zh.ch/content/dam/zhweb/bilder-dokumente/themen/umwelt-tiere/wasser- gewaesser/gewaesserschutz/abwasserreinigungsanlagen-ara/mikroplastik_in_abwasser_gewaessern.pdf Mikroplastik in der Nordsee: https://doi.org/10.1021/acs.est.8b03438
Sie können auch lesen
