Reller 263 - Institut für Physik - Universität Augsburg

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
1. Weshalb die Geschichte der
Silicone erzählt werden soll
Unsere technisch-industrielle Welt ist
geprägt durch die Verfügbarkeit von
Materialien und Materialkompositionen
mit spezifischen Funktionen. Ermöglicht
wird dieser Zustand durch die
extensive Nutzung von natürlichen
Rohstoffen und Energieträgern. "Der
Stoff, aus dem der Fortschritt ist" – so
bezeichnet das Chemie-Unternehmen
Wacker in einer Informationsschrift
Der Fortschritt in der Anstrichtechnik:
Siliconharzfarbe seine wohl wichtigste
Produktpalette: die Silicone. Als ein vom
Menschen erdachter und künstlich hergestellter
Stoff mit sehr besonderen
Eigenschaften haben die Silicone in
50 Jahren eine atemraubende Erfolgsgeschichte
geschrieben: In dieser Zeitspanne
entstand aus einem vorerst
exotischen Syntheseprodukt forschender
Chemiker eine ganze Klasse von Materialien,
die heute in allen fortschrittlichen
Haushalten in der einen oder anderen
*Postadresse : Prof. Dr. A. Reller
Lehrstuhl für Festkörperchemie
Universität Augsburg
Universitätsstraße 1
D-86159 Augsburg (Deutschland)
E-Mail: armin.reller@physik.uni-augsburg.de
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GAIA 9 (2000) no. 1
Ob Nahrung, Kleidung oder Schminke, wir wissen in der Regel kaum Bescheid,
aus welchen Stoffen und Materialien unsere "materiellen Alltäglichkeiten" bestehen,
noch woher sie kommen und wohin sie gehen. Finden sich jedoch Nitrosamine im Bier,
Chromate an den Schuhen oder Tributylzinnhaltiges auf dem T-Shirt, dann kennt die
Aufregung kaum Grenzen, für einige Tage… Unsere wirklichen Kenntnisse über die Tag
für Tag benutzten Ressourcen und Materialien sind marginal. Nachhaltige Entwicklung,
verstanden als ein zukunftstauglicher und risikoarmer Umgang mit Stoffen und
Energieträgern, erfordert eine bewußtere sowie aktivere Kenntnisnahme von historisch
gewachsenen und sich weiter fortschreibenden Zusammenhängen, von "Stoffgeschichten".
In diesem Artikel werden Etappen und Ereignisse aus der Stoffgeschichte der Silicone vorgestellt.
Diese rein synthetischen Stoffe sind in den letzten Jahrzehnten in alle Lebensbereiche vorgedrungen:
Nahrung, Kleidung, Kosmetik, Wohnung, Auto, überall verrichten sie mit maßgeschneiderten Eigenschaften
ihren Dienst, übernehmen nützliche Funktionen. Und doch zeigen sie sich hier und dort widerspenstig,
setzen ihr Potential in ganz unerwartete Funktionen um. Aber nicht da, wo man diese brauchen könnte,
sondern in unvorhergesehenen Zusammenhängen. Siliconprodukte weichen gelegentlich vom
vorgezeichneten Pfad ab, und es vollzieht sich ein Wechselspiel zwischen den ihnen innewohnenden
Eigenschaften und den komplexen Bedingungen, denen sie im Verlauf ihrer Geschichte von der
Wiege bis zur Bahre ausgesetzt werden. Wo ist Endstation? Abstract & Keywords ➪ p. 79
Silicone – eine vollsynthetische
Materialklasse macht Geschichte(n)
Armin Reller*, Michael Braungart, Jens Soth und Ole von Uexküll
Form und Funktion eingesetzt wird.
Nimmt dieser Erfolg seinen Lauf, oder
drohen ihm – wie in so mancher anderen
Geschichte von erst hochgelobten Materialien
– unerwartete, rufschädigende
oder gar verbotsheischende Ereignisse?
Um erfolgreich zu bleiben, müssen
heutzutage Materialien und Produkte
mehr Ansprüchen genügen, als nur eine
bestimmte Funktion möglichst perfekt
und hohe Wertschöpfung garantierend
zu erfüllen. Umwelt- und Gesundheitsverträglichkeit,
Eignung zu Abbau oder
Stoffkreislauf werden immer wichtigere
Aspekte der Produktqualität. Für ein
verantwortungsbewußtes Unternehmen
gilt es daher, die mit der Herstellung
und Nutzung eingehandelte, spezifische
Geschichte von Materialien und Produkten
– deren zukünftige Geschichten
zwar nicht bekannt, aber möglicherweise
absehbar sind – ins Kalkül zu ziehen.
Wie steht es damit bei Siliconprodukten?
Wie weit lassen sich da sozusagen
Fluch und Segen der bisherigen und
zukünftigen Nutzung klären? Wir haben
Indikatoren und Fallbeispiele gesucht,
die bei diesen Fragen weiterhelfen.
Vielen bereits erschlossenen positiven
Verwendungen von Siliconen sowie neu
hinzukommenden, etwa als Ersatz für
ökologisch nicht einwandfreie Stoffe
wie Fluorcarbonverbindungen, stehen
auch negative, zu verbessernde Anwendungsbeispiele
gegenüber. Diese Sichtung
soll dazu beitragen, das Potential
der Silicone aufzuzeigen, aber auch
Probleme bei seiner Nutzung frühzeitig
erkennen zu lassen. Folgen muß eine
Debatte über den nachhaltigen Umgang
mit Siliconen, über die Fortsetzung der
Silicongeschichte, die sowohl Änderungen
in der Anwendung als auch im Produktedesign
bringen wird. Es ist nicht
getan mit einer Ökobilanz oder einem
Extrakt der Umweltberichte verantwortungsbewußter
Unternehmen. Silicone
sind ganz und gar menschliches "Machwerk",
wir allein haben zu entscheiden,
ob die viele Bedarfe deckende Verfügbarkeit
von Siliconprodukten den Aufwand
zu deren Herstellung, Weiterverarbeitung
sowie bei der Entsorgung
oder Reintegration aufwiegt.
Die Bestandsaufnahme beginnt mit
einem Abriß der Geschichte der Siliciumverbindungen.
Hieraus wird deutlich,
daß Silicone "junge" Materialien sind.
Ihr Aufbau, die Eigenschaften, die realisierten
und auch die potentiellen Funktionen
werden erläutert. Dann geht es
um Additive, die den Siliconprodukten
beigefügt werden, um zusätzliche Funktionen
und Anwendungen herbeizuführen.
Zur Vorsorge wird den Gesundheits- und
Umweltaspekten nachgespürt.

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
In der Folge wendet sich die Betrachtung
den Einsatzgebieten der Silicone
zu und ihrer sozioökonomischen Bedeutung.
Zum Vorschein kommen unbeabsichtigte
Wirkungen, überraschende
Geschichten im Kontext von Siliconprodukten,
die oft weit über die gewünschten
Funktionen hinausgehen.
Verdeutlicht wird dies am Problem der
Siloxane (flüchtiger Silicone) in Gasmotoren
von Deponie-, Klär- und Müllverbrennungsanlagen
sowie an der Resistenzbildung
bei Mikroorganismen durch
mit Biostabilisatoren ausgestattete Siliconprodukte.
Welche Konsequenzen
sich für einen weitsichtigeren Umgang
mit diesen vollsynthetischen Funktionsmaterialien,
insofern auch mit Ressourcen
und Energie, abzeichnen, wird
im letzten Abschnitt diskutiert – und
gefragt, ob mit dem Konzept der Stoffgeschichten
[1] treffende Strategien entwickelt
werden können.
2. Historisches
Silicium in der Natur
Silicium ist nach Sauerstoff das meistverbreitete
Element und macht mehr
als 25 Prozent des uns zugänglichen
Teils der Erdkruste aus. Aufgrund seiner
hohen Affinität zu Sauerstoff ist Silicium
im Gegensatz zu Kohlenstoff jedoch
nicht in elementarer Form anzutreffen.
Es gibt offenbar keinen der biologischen
Photosynthese vergleichbaren Prozeß,
der Siliciumoxide reduzieren könnte.
Das Silicium ist zentraler Baustein von
Insel-, Ketten-, Netz- und Gerüstsilicaten,
deren essentielle Baueinheit, das Silicat-
Anion, als Abkömmling der Kieselsäure
zu betrachten ist (vergleiche Figur 3b).
Die Silicate sind nicht nur die artenreichste
Klasse der Mineralien, sondern
auch geologisch außerordentlich wichtig.
Die reine Silicium-Sauerstoffverbindung,
das Siliciumdioxid (SiO 2), kommt ebenfalls
in vielfältigen Formen – als Quarz,
Kieselstein, Sand und gebirgsbildendes
Gestein – in der Erdkruste vor. Es ist
die häufigste anorganische Verbindung
unseres Lebensraumes; rund 95 Prozent
der obersten, 16 Kilometer dicken Erdkruste
bestehen aus Siliciumdioxid und
Silicaten [2, 3] .
Im Tierreich ist Silicium essentiell
für einige wichtige Mikroorganismen
(Radiolarien, Infusorien, Diatomeen), da
es als Baustein an deren Skelettaufbau
beteiligt ist (Figur 1). Aus Ablagerungen
solcher Lebewesen entstehen Kieselgur
und Diatomeenerde. Für die meisten
Organismen ist Silicium ein essentielles
Spurenelement. Silicium-Mangel führt
bei Säugetieren zu Wachstumsstörungen.
Die starke Bildungstendenz polymerer
Silicium-Sauerstoffverbindungen
schließt jedoch einen fortlaufenden
Wiederholungsprozeß mit monomerem
Siliciumdioxid – zum Vergleich: Kohlendioxid
ist das Alpha und das Omega des
globalen Kohlenstoffkreislaufs – ähnlich
dem Zyklus der Atmung und Assimilation
aus [2, 3] .
Fortschritte der Silicium-Nutzung
durch den Menschen
Die ältere Geschichte kennt nur die
Nutzung von Silicaten und Siliciumdioxid.
Materialien wie Sande, Ton und
Keramik wurden schon im frühen Altertum
verwendet und waren überall als
Bau- und Werkstoffe verfügbar. Auch
wurden bald Siliciumverbindungen bei
der Glasherstellung gebraucht. Diese
wurden damals allerdings noch nicht
als solche erkannt, blieb doch elementares
Silicium den Menschen lange
völlig unbekannt. Selbst der Name Silicium
leitet sich vom lateinischen silex
(= Kiesel) ab, der Bezeichnung für
greifbare Verbindungen [2, 3] (Figur 2).
Im 18. Jahrhundert versuchten mehrere
Forscher, Silicium zu gewinnen, und zwar
zunächst durch Zersetzung von Kiesel-
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säure. Hervorzuheben ist C.W. Scheele
(Siliciumtetrafluorid, Hexafluorokieselsäure).
Versuche, das "Fluorkieselgas",
wie J.J. Berzelius Hexafluorokieselsäure
nannte, in seine Bestandteile zu zerlegen,
führten nicht weiter. 1810 gelang
es Berzelius, "Ferrosilicium" aus Kieselerde
durch Reduktion mit Kohle und
Eisen herzustellen. Eisenfreies Silicium
gewann er 1824 durch Reduktion von
Siliciumtetrachlorid mit metallischem
Kalium. Er gilt daher als der Entdecker
des Siliciums. Grobkristallines Silicium
erhielt St. Claire-Deville 1854 bei der
Schmelzflußelektrolyse von Si-haltigem
Na-Al-Chlorid [4] .
Die erste technische Nutzung, die
dem Ferrosilicium zukam, war die Verwendung
als Desoxidationsmittel bei der
Stahlerzeugung. Anfang des 20. Jahrhunderts
begann die großtechnische
Herstellung zu diesem Zweck in elektrischen
Niederschachtöfen, wie sie für
die Calciumcarbid-Erzeugung gebraucht
wurden. Noch heute ist Ferrosilicium
in der Stahlindustrie von Bedeutung,
nun aber hauptsächlich, wie Calciumsilicid
(CaSi 2), als Legierungsbestandteil.
Technisch reines Silicium (98.5 bis
99.7 %) wird in der Chemischen Industrie
(zum Beispiel als Ausgangsmaterial für
Figur 1.
Die kunstvoll
gestalteten
Siliciumdioxid-
Skelette von
Diatomeen,
wie sie von
Ernst Haeckel
vor rund hundert
Jahren in seinem
epochalen Werk
Kunstformen der
Natur in eindrucksvollen
Tafeln
(hier Tafel 4)
festgehalten
wurden.
[E. Haeckel:
Kunstformen der
Natur, Prestel,
München (1998)]

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
Figur 2.
Beispiele von
geologischen
Siliciumdioxiden:
(a) Bergkristall;
(b) rasterelektronenmikroskopische
Aufnahme des
aus amorphen
SiO 2 -Kügelchen
aufgebauten Opals
(die schillernden
Farben dieses
Schmucksteins
kommen durch
Lichtbeugung an den
Schichten zustande).
[REM-Aufnahme:
Dr. A. Weidenkaff]
(a) (b)
Siliciumhalogenide und damit für die
Silicon-Produktion) und in der Aluminiumindustrie
verwendet.
Einen großen Markt hat inzwischen
das höchstreine Silicium (elektrisch
aktive Verunreinigungen zwischen 10 –4
und 10 –8 % je nach Qualitätsstufe) wegen
seiner halbleitenden Eigenschaften erobert.
Silicium ist der wichtigste Grundstoff
der Halbleitertechnik. Daraus werden
Computermikrochips, Transistoren
und Solarzellen hergestellt.
Der amerikanische Chemiker F.S.
Kipping unternahm in den Jahren 1904–
1940 die ersten umfangreichen Synthesen
von Organochlorsilanen. Er führte auch
den Namen "silicone" ein, den er aus
silicon ketone (also Silicium-Keton) ableitete,
da R 2SiO als Baueinheit einem
Keton der allgemeinen Formel R 2 CO
entspricht. Diese Analogie ist jedoch
rein formal. Schon die Arbeiten Kippings
zeigten, daß eine mit der von
Kohlenstoff vergleichbare Chemie des
Siliciums nicht möglich ist. So ist eine
Si=O-Doppelbindung im Gegensatz zur
C=O-Doppelbindung zumindest bei
normaler Temperatur nicht stabil. In den
frühen dreißiger Jahren erwachte das
wirtschaftliche Interesse an Siliconen.
Bald darauf begann man, die siliciumorganischen
Verbindungen unter dem
Blickwinkel der Polymerchemie zu sehen.
In den USA war es J.F. Hyde von
Corning Glass Works, der mit dem Ziel,
Harze für Anwendungen in der Elektroisolation
zu entwickeln, als erster mit
siliciumorganischen Polymeren arbeitete.
Weitere wichtige Beiträge leisteten
R.R. McGregor und E.L. Warrick (Mellon
Institute) sowie W.J. Patnode und
E.G. Rochow (General Electric). Die von
Rochow entwickelte "Direktsynthese"
machte die Silicone einer wirtschaftlichen
Nutzung zugänglich [5] . Auch in der
UdSSR (durch K.A. Andrianov) und in
Deutschland (durch R. Müller) wurden
Ansätze zur Entwicklung der Siliconchemie
geschaffen.
In den USA wurde 1943 gemeinsam
von Corning Glass und Dow Chemical
Company die Dow Corning Corporation
gegründet, die noch heute weltweit führender
Siliconhersteller ist. Die frühe
Produktentwicklung wurde von der militärischen
Anwendung dominiert: Siliconöle
als Dämpfer für Flugzeuginstrumente
oder als Entschäumer von Petroleumöl,
Siliconharze zur Isolation in Motoren,
Silicongummi als Dichtungsmasse in
Scheinwerfern. Nach dem zweiten Weltkrieg
erschloß die zivile Nutzung der
Silicone bald eine Vielfalt von Anwendungen,
wie etwa wasserabstoßende
Mittel für Textilien und Papier, Zutaten
für Farben, Lacke, Schmiermittel, Autound
Möbelpolituren. Besondere Bedeutung
erlangten die Heißkautschuke (HTV
– high temperature vulcanizing) und in
den sechziger Jahren die kaltvulkanisierenden
Kautschuke (RTV – room temperature
vulcanizing), die heutzutage in
Klebstoffen, Dichtungen, Beschichtungen,
Formmassen und anderem mehr
benutzt werden.
Auch für die Silicate und SiO 2 haben
sich im Zuge der Industrialisierung und
Technisierung neue Anwendungen eröffnet.
Hervorzuheben ist die Verwendung
von Silicaten in Zement, da dies
mengenmäßig das größte Einsatzgebiet
für Siliciumverbindungen ausmacht. Die
industrielle Produktion des wichtigsten
Baustoffs ist äußerst energieintensiv
und trägt erheblich zu den globalen, anthropogenen
CO 2 -Emissionen bei: durch
die Verbrennung fossiler Energieträger
und das im Prozeß ablaufende Kalkbrennen
stößt ein 3000 Tagestonnen-
Zementwerk jährlich mehr als eine
halbe Million Tonnen CO 2 aus. Insgesamt
beträgt der Anteil der Zementindustrie
am anthropogenen Kohlendioxid-Ausstoß
mehr als 5 Prozent.
3. Aufbau, Funktion und
Nutzung von Siliconen
15
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[2, 4–6]
Synthese und Aufbau der Silicone
Die Synthese erfolgt schematisch
in drei Schritten: Da Silicium nicht elementar
in der Natur existiert, wird zuerst
Quarzsand, das ist Siliciumdioxid,
zu Silicium reduziert. Daraus werden
im zweiten Verfahrensschritt Silicium-
Chlorverbindungen (Methylchlorsilane)
hergestellt. Hiernach läßt sich Chlor
durch Hydroxy-Gruppen austauschen,
über die sich schließlich unter Wasserabspaltung
– analog zum Aufbau von
Silicaten aus Kieselsäure-Einheiten –
die einzelnen Moleküle zu unterschiedlichen
Silicon-Ketten verbinden (Figur 3).
Die Reduktion von Quarz oder Quarziten
mit Kohle in Niederschachtöfen
ist stark endotherm, das heißt, um sie
am Laufen zu halten, muß dauernd
Energie zugeführt werden (über 6 kWh
pro kg Si). Damit der Prozeß überhaupt
abläuft, sind Temperaturen über 1700 °C
nötig. Berücksichtigt man Energieverluste
und den Energieaufwand für Bereitstellung,
Transport und Einsatz aller
Stoffe entlang des Synthesewegs, erhöht
sich der Energiebedarf um ein Vielfaches.
Nebenbei bemerkt, auch kulturhistorisch
hat es viel Zeit und Energie
gekostet, um Silicium als reines Element
zu erlangen. Die "Mineral Commodity
Summaries" des U.S. Geological Survey
vom Januar 1998 stellen fest (für die
USA 1997): »Die Hauptverbraucher von
elementarem Silicium waren Aluminiumhersteller
und die Chemische Industrie.
Die Halbleiterindustrie, die Computerchips
aus höchstreinem Silicium herstellt,
machte nur wenige Prozente des
Siliciumbedarfs aus.«
Der zweite Schritt bei der Siliconsynthese
führt vom Silicium zu Methylchlorsilanen,
technisch fast alleinig über
die schon erwähnte "Direktsynthese"
(Rochow-Müller-Prozeß). Die Reaktion
läuft unter der katalytischen Einwirkung
von Kupfer bei Temperaturen von
250–300 °C ab und ist exotherm, das
heißt, dabei wird Energie frei.
Der dritte Schritt umfaßt in der Folge
zwei Teilreaktionen: Zunächst wird das
Chlor in den Methylchlorsilanen gegen
OH-Gruppen ausgetauscht (Hydrolyse zu
Silanolen). Danach schließt sich sofort
die sogenannte Polykondensation an,
wobei unter Wasserabspaltung kettenoder
ringförmige Siliconmoleküle entstehen.
Die Vielfalt der Silicone wird
durch Abwandlung der Reaktionsparameter
und damit Steuerung des Vernetzungsgrades
erreicht.

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
(a) Si
(b) OH
(c) CH3 Figur 3. Die Bausteine der Siliciumchemie,
insbesondere der Silicone. Das Silicium-
Si Si Si
OH Si OH
H3C Si OH
atom weist in diesen Gruppen jeweils eine
tetraedrische Koordination auf, was durch
Si
OH
OH deren Verknüpfung über eine, zwei, drei
oder alle vier Tetraederecken – je nach
Art und Anzahl der verknüpften Bausteine
(d) O (e) O (f) CH3 (g) CH3 – zu Ketten, Schichten oder dreidimensionalen
Gerüsten, das heißt Raumstrukturen
O Si O H3C Si O H3C Si O H3C Si O
führt.
(a) Ausschnitt der Struktur von elementa-
O
O
O
CH3 rem Silicium, worin jedes Si-Atom mit vier
weiteren, tetraedrisch angeordneten Si-
Atomen verknüpft ist (Diamantstruktur).
(b) Das Kieselsäuremolekül. Durch inter-
(h)
CH3 CH3 CH3 CH3 molekulare Abspaltung ("Kondensation")
eines Wassermoleküls entsteht eine
Si O Si O Si O Si O
Si–O–Si-Brücke. Dies ist der Initialschritt
zur Bildung von Silicaten, aber auch von
CH3 CH3 CH3 CH3 n
Siliconen.
(c) Der Baustein Dimethylsilandiol ist –
neben Trimethylsilanol und Methylsilantriol
– bei der Silicon-Synthese, aber auch bei Abbauprozessen ein Bindeglied: unter
Wasserabspaltung können diese Silanole kondensieren und weiter polymerisieren.
(d) Der Quarz- und Silicat-Baustein, die sogenannte Q-Gruppe (Q von quadri-) mit vier
Bindungsmöglichkeiten, woraus über Eckenverknüpfung, also Si–O–Si-Brücken, durch
unterschiedlichste Baumuster die Siliciumdioxid-Modifikationen, aber auch die Vielfalt
der Silicatmineralien entstehen. (e) Die T-Gruppe mit drei (T von tri-) Bindungsmöglichkeiten.
(f) Die D-Gruppe mit zwei (D von di-) Bindungsmöglichkeiten. (g) Die M-Gruppe
mit einer (M von mono-) Bindungsmöglichkeit.
(h) Ausschnitt der Kettenstruktur von Polydimethylsiloxan (PDMS). Die vorerst kettenförmigen
Silicone können sich zu Ringen schließen, vor allem Si4O4-Achtringen (das
sogenannte D4) oder Si5O5-Zehnringen (das sogenannte D5).
Mit der Synthese von Siliconen
schafft der Mensch Stoffe, für die es in
der Natur keine Analoga gibt. Dazu ein
Zitat aus den achtziger Jahren [7] :
»Wenn auch seit langem bekannt ist,
daß das Silizium im Pflanzen- und
Tierreich eine gewisse Rolle spielt und
man ihm gelegentlich Wunderwirkungen
zuordnet – zum Beispiel die Förderung
des Haarwuchses – , so ist doch noch
nicht bewiesen, daß dabei siliziumorganische
Stoffe, das heißt Verbindungen
mit Si–C-Bindung, entscheidend sind.
Bisher konnte man stets nur immer wieder
Kieselsäure – meist in kolloidem
Zustand – feststellen. Bis auf weiteres
müssen also siliziumorganische Verbindungen
als vom Menschen ohne Analoga
in der Natur erdacht und synthetisiert
angesehen werden.«
[2, 4, 7, 8]
Eigenschaften
Der Aufbau der Silicone ist gewissermaßen
teils anorganischer, teils organischer
Natur, und diese Kombination
ergibt ganz besondere Eigenschaften.
Die anorganische Komponente der
Silicone bewirkt die im Vergleich zu
anderen synthetischen Polymeren, besonders
Kohlenstoff-Polymeren, höhere
Wärmebeständigkeit. Diese äußert sich
vor allem darin, daß bei einem Temperaturwechsel
die physikalischen und
mechanischen Kennwerte sich nur langsam
ändern. Für viele Siliconprodukte
(Siliconöle, -harze, -gummi) gilt in
Gegenwart von Luftsauerstoff eine
Dauerwärmebeständigkeit von 150 bis
180 °C. Kurzzeitige Erwärmung darüber
wird auch ohne Schaden ausgehalten.
Bei Ausschluß von Luftsauerstoff, so
daß die kohlenstoffhaltige Komponente
der Silicone nicht oxidiert werden kann,
erhöht sich die Grenztemperatur für
Dauerbeanspruchung um etwa 100 °C.
Von der organischen Seite kommt es, daß
die Silicone "Kunststoffeigenschaften"
zeigen, sich also einesteils als Flüssigkeiten
und andernteils als verformbare
oder plastisch-elastische Massen verhalten
und verarbeiten lassen. Zudem
verleihen die organischen Baugruppen
den Siliconen stark hydrophobe Eigenschaften,
die besonders dann zur Geltung
kommen, wenn ein Siliconöl eine
Ausrichtung an Oberflächen erfährt [7] .
Mit der wasserabstoßenden Wirkung
hängen die guten dielektrischen Eigenschaften
zusammen: Silicone zählen
zu den Kunststoffen mit dem besten
Isoliervermögen; die günstigen Werte
für die Durchschlagfestigkeit und die
Dielektrizitätskonstante sind in einem
großen Bereich (20–200 °C) weitgehend
von der Temperatur unabhängig [3] .
Den Vorzügen der Silicone stehen
einige Nachteile gegenüber. Vor allem
sind das der verhältnismäßig hohe Preis,
ferner die bei den Harzen und dem
Silicongummi im Vergleich zu den entsprechenden
rein organischen Produkten
schwierigere Verarbeitbarkeit und die gegenüber
natürlichem wie synthetischem
Gummi geringere Zugfestigkeit.
16
GAIA 9 (2000) no. 1
[2, 4, 7, 8]
Funktionen
Es ist uns wichtig, die Betrachtung
von Eigenschaften der Silicone und die
ihrer Funktionen klar auseinanderzuhalten.
Erstere rühren unmittelbar vom
chemischen Aufbau her; sie wurden
aufgrund bekannter Beziehungen zwischen
Zusammensetzung, Struktur und
Eigenschaften "konstruiert". In Anlehnung
an die Kohlenstoffchemie mit ihren
enormen Variationsmöglichkeiten, aber
unter Einbezug der charakteristischen
Eigenheiten des Siliciums, wurde so
eine Materialklasse entwickelt, die kein
Pendant in der Natur hat: Es ist zum
einen die C–Si-Bindung, die bisher in
keinem organismischen System gefunden
wurde; es sind aber auch die schon
erwähnten Silicon-Bausteine, welche zu
diversen Mustern verknüpft ein erstaunliches
Spektrum von Nutzungsmöglichkeiten
versprachen und versprechen.
Silicone sind außergewöhnliche Funktionsmaterialien
geworden. Wenn wir
hier von Funktion sprechen, denken wir
an die spezifischen Nutzungen der mit
bestimmten Eigenschaften aufwartenden
Siliconverbindungen. Wir weisen einem
Siliconmolekül bestimmter Ausprägung
eine spezifische Funktion zu, indem wir
es an einem bestimmten Ort, in bestimmten
technischen Anlagen oder in
Alltagsprozessen der Wechselwirkung
mit anderen Stoffen beziehungsweise
physikalisch-chemischen Belastungen
aussetzen. Da wir die Eigenschaften des
Silicons kennen, setzen wir es genau
dort ein, wo seine erwartete Gebrauchstüchtigkeit
sich unter den gegebenen
Bedingungen optimal entfaltet. Somit
lassen sich andere, weniger effektive
Stoffe oder Materialien ersetzen und
insgesamt neue funktionale Stoffsysteme
aufbauen. Die Frage bleibt, ob diese
naturwissenschaftlich-technische Vorgehensweise
keine Tücken hat. Denn das
zugrundeliegende Konzept der Eigenschaft/Funktions-Beziehung
kann nur
auf begrenzte reale Systeme projiziert
werden, ist daher in jedem Fall reduktionistisch.
Die Komplexität der stofflichen
Realität und der möglichen stofflichen
Wechselwirkungen birgt jedoch
das Risiko nicht vorhersehbarer Folgen.
Die Silicone bieten eine breite Auswahl
von speziellen und attraktiven
Eigenschaften. Und die Menschen haben
viele Wege probiert, sich diese Eigenschaften
als Funktionen nutzbar zu
machen. Es ist davon auszugehen, daß
allein die amerikanische Silicon-Industrie
mehr als 14 000 Produkte auf den Markt
wirft. Tendenz steigend.
Für die unterschiedlichen Verwendungen
werden jeweils nur einige der

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
Eigenschaften von Siliconen funktionalisiert,
die in einem definierten stofflichen
und energetischen Umfeld optimal
genutzt werden können. Bei jedem
Einsatz von Siliconen oder auch anderen
Materialien wäre aber zu beachten,
daß sie von der ihnen zugedachten bald
in eine andere stofflich-energetische Umgebung
gelangen können. Dort werden
jedoch andere ihnen innewohnende
Eigenschaften zum Tragen kommen und
möglicherweise unerwünschte Funktionen
ausüben.
Additive
Neben einer Veränderung der chemischen
Zusammensetzung – und damit
der Eigenschaften – des Ausgangsstoffes
Exkurs 1
kann durch Zugabe von Additiven das
Funktionsspektrum erweitert werden.
Additive sind laut RÖMPP Lexikon Chemie
»alle Stoffe, die anderen, insbesondere
flüssigen Stoffen in kleinen Mengen
zugesetzt werden, um deren Eigenschaften
in gewünschter Richtung zu
verändern oder deren Verarbeitbarkeit
zu erleichtern«.
Kaum ein Siliconprodukt besteht aus
nur einer reinen Siliconverbindung oder
ausschließlich einem Gemisch von Siliconen.
In der Regel werden den Siliconprodukten
Additive beigemischt wie
zum Beispiel:
● UV-Stabilisatoren, um das Produkt
weniger empfindlich gegen Licht zu
machen;
Gesetzesgrundlagen für den Einsatz von Siliconen und Siloxanen
in Europa, Japan und USA [9]
Silicone und Siloxane werden schon seit geraumer Zeit hinsichtlich ihrer Toxizität und ihres
Umweltgefährdungspotentials untersucht. Eine kursorische Durchsicht von Gesetzen,
Gefahrstoffverordnungen und Kommentaren zeigt aber, daß diese Produkte praktisch
überall als ungefährlich betrachtet werden. Die durch die Gesetze attestierte Unbedenklichkeit
des Umgangs mit dieser Stoffklasse sei mit einigen Zitaten belegt:
1979 schätzte die Japanese Environment Agency die Situation folgendermaßen ein: »It has
been confirmed that organosilicon compounds are present at certain concentration
levels throughout a broad range of the environment. Since these chemicals have very
low toxicity, the observed levels are not considered to affect human health. However,
since organosilicon compounds are ubiquitous man-made materials, environmental contamination
by them can be taken as an index to future environmental contamination by
chemicals, and as such is a very interesting subject for scientific research.« [Y. Miyakawa:
"Regulatory Status of Silicones in Japan", in Lit. [9], p. 292].
Diese Überzeugung wird auch in aktuellen Stellungnahmen vertreten, wobei je nach Region
aufgrund der Harmlosigkeit und Nützlichkeit des verhandelten Objekts auch die wirtschaftlichen
Interessen zum Zuge kommen. So findet man zu den Aktivitäten der USamerikanischen
Environmental Protection Agency (EPA) folgenden Kommentar: »Over the
years, EPA has engaged in relatively limited environmental regulations focused specifically
on organosilicon materials. EPA, however, is in the process of implementing several environmental
initiatives that may have an impact on a wide array of chemical substances,
including organosilicon materials. To avoid business interruptions that could result from
these initiatives, it is important for all silicone manufacturers, processors and users to
anticipate upcoming regulatory actions and environmental trends, and engage in an
ongoing dialogues with regulatory authorities concerning the scope and impact of such
actions.« [J.A. Hatcher, G.S. Slater: "Regulatory Status of Silicones in the United States",
in Lit. [9], p. 241].
Die vergleichsweise weitestgehende europäische Sicht der Dinge läßt sich schließlich
so zusammenfassen: »To protect human health and the environment from the potentially
hazardous effects of chemical production and use, disposal and release are strictly regulated
in the European Union. General environmental legislation applies to all chemicals,
including organosilicon compounds. For substances with a high potential hazard, special
regulations have been introduced. No such standards exist for organosilicon compounds.
There are only a few cases in which organosilicon compounds are the subject of current
or proposed regulatory attention in the European Union:
● In the eco-label award scheme for laundry detergents (Council Regulation EEC 886/92)
silicones are listed as a component of laundry detergents, and an ecological score has
been assigned.
● Polymeric silicones are listed in Annex II of the Council Directive EEC 76/464: "on pollution
caused by certain dangerous substances discharged into the aquatic environment of
the community". It is proposed that a discharge limit should be established for all listed
substances.
● Polymeric silicones are listed in the annexes of Marine Conventions as materials of
concern, because of their resistance to biological degradation.
On a national basis, silicones are classified in Germany into water pollution classes. In the
Netherlands, organosilicon compounds are classified as hazardous waste.« [D. Wischer,
C. Stevens: "Regulatory Status of Silicones in Europe", in Lit. [9], p. 267].
Es bleibt zu hoffen, daß diese Einschätzungen der Sachlage gerecht werden.
17
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● Hitze-Kälte-Stabilisatoren, um den
Temperaturbereich des vorgesehenen
Einsatzgebietes zu erweitern;
● Weichmacher, um Versprödung zu
hindern;
● Flammschutzmittel, um das Produkt
schwerer entzündlich zu machen;
● Biostabilisatoren, also biozide Substanzen,
die Mikroorganismen abtöten.
Auch Silicone selbst werden häufig
in anderen Produkten als Additive verwendet,
so zum Beispiel als Antischaummittel
in Farben und Dieselkraftstoff,
als Hydrophobierungsmittel in Baustoffen
oder zur Verbesserung der Kriecheigenschaften
in Ölen und Kosmetika.
Trotz ihrer meist geringen Konzentration
im Produkt dürfen die Additive
bei der Beurteilung der Umwelt- und
Gesundheitsverträglichkeit keineswegs
außer acht gelassen werden, denn oft
sind gerade sie Stoffe mit hoher Wirksamkeit.
Auch wenn Silicone als physiologisch
unwirksam und chemisch
inert bewertet werden, kann ein mit
Additiven ausgestattetes Siliconprodukt
nicht a priori als umwelt- und gesundheitsverträglich
bezeichnet werden.
Es ist also nicht auszuschließen, daß
wegen synergetischer Wechselwirkungen
zwischen den Komponenten des
Silicon-Additiv-Gemisches, aber auch
zwischen dem Produkt und seiner Umgebung
unerwartete Reaktionen ablaufen.
Derartige Stoffgeschichten beinhalten
ein erhebliches Risikopotential. Birgt
die Geschichte der Silicone ebenfalls
Gefahren? Könnte ihr Fortschreiten teilweise
an das Schicksal des Insektizids
DDT oder der ebenfalls reaktionsträgen
FCKW-Funktionsmaterialien gemahnen?
Physiologisches Verhalten
und Umweltaspekte von
Silicon-Additiv-Gemischen [9]
Silicone gelten als chemisch inert,
was reaktionsträge oder sogar reaktionsunfähig
bedeutet. Mit dieser Eigenschaft
wird häufig begründet, daß Silicone
keine negativen physiologischen
und ökologischen Effekte auslösen können
(vergleiche Exkurs 1). Doch die
Ansicht ist zu einfach und entspricht
nicht der Realität. Wir möchten auf drei
Problemfelder aufmerksam machen.
■Die Silicone sind eine weit verzweigte
und verbreitete Gruppe von Stoffen,
die zwar viele ähnliche Eigenschaften
aufweisen, sich aber in entscheidenden
Punkten auch unterscheiden können.
Für mehrere kurzkettige, flüchtige Silicone,
die sogenannten Siloxane, sind
toxische Effekte sowohl beim Menschen
als auch in der Umwelt festgestellt worden.
So können manche Organosiloxane

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
wie Östrogene wirken oder Androgene
unterdrücken. Dadurch gefährden sie
das männliche Reproduktionssystem.
Versuche mit Octamethylcyclotetrasiloxan,
dem sogenannten D4, an Wasserlebewesen
ergaben eine hohe aquatische
Toxizität: In Experimenten mit der
Regenbogenforelle beträgt bei einer
Versuchsdauer von 14 Tagen der LD 50 -
Wert (Letaldosis für 50 Prozent der
Versuchstiere) 10 Milligramm pro Liter.
Außerdem können Fische cyclische
Siloxane 1000–5000fach akkumulieren.
Nichtflüchtige Silicone haben aber bisher
keine Giftwirkung bei Säugetieren
und Menschen gezeigt.
■ Silicone sind nicht in jeder Umgebung
inert. Vielmehr ist ihre außergewöhnliche
Stabilität durch die Abwesenheit
eines den Abbau beschleunigenden Katalysators
begründet. Liegen sie jedoch
feinverteilt vor, so kann es durch direkten
Kontakt mit einer katalytisch aktiven
Oberfläche oder durch ein starkes Oxidationsmittel
(wie OH-Radikale) zum
Abbau kommen. Auch die Ausrüstung
von Silicon-Dichtungsmassen mit Bioziden
bestätigt, daß Silicone von Mikroorganismen
besiedelt und somit auch
abgebaut werden können.
Unter Umweltschutzaspekten bietet
die Abbaubarkeit von Siliconen natürlich
einige Chancen, zumal die letztlich
stabilen Abbauprodukte Wasser, Kohlendioxid
und Siliciumdioxid keine
Umweltbelastung bedeuten. Es muß
aber gründlicher erforscht werden, über
welche Zwischenstufen die jeweiligen
Abbaumechanismen führen. Ein Abbau
über giftige Zwischenstufen – wie die
oben erwähnten Siloxane – wäre fatal,
vor allem wenn er in Innenräumen
durch Mikroorganismen stattfindet.
■ Das größte Problem des steigenden
Gebrauchs von Siliconen sehen wir darin,
daß ihr Abbau nur sehr umständlich
(Feinverteilung) und unter ganz bestimmten
Bedingungen möglich ist. So
werden die notwendigen katalytischen
Prozeßschritte durch Wasser verhindert,
weswegen »Silicone in natürlichen
aquatischen Systemen zu stabilen Bestandteilen
der Sedimente werden« [9] .
Weltweit sind im Sediment von Flüssen
und Meeren Silicone nachzuweisen, im
Rhein 0.4–83.1 Milligramm pro Kilogramm
Trockengewicht, in der Bucht
von San Francisco 0.7–2.6 mg/kg. Auch
in der Bucht von Tokio wurden bei 17
von 21 Proben Silicone und Siloxane in
unterschiedlichen Konzentrationen identifiziert.
Silicone, die vom Menschen erschaffenen
künstlichen Stoffe, hatten bis vor
wenigen Jahrzehnten in der Natur nicht
existiert. Der Mensch entließ und entläßt
sie in in die Biosphäre, obwohl ihr
dortiges Schicksal nicht bekannt ist,
aber infolge ihrer beschränkten Abbaubarkeit
mit sehr langen Verweilzeiten
gerechnet werden muß. Hier sehen wir
künftige Risiken für natürliche Systeme,
die mit hoher Wahrscheinlichkeit von
den steigenden Silicon- und Siloxankonzentrationen
beeinflußt werden. Wie
bereits erwähnt, müssen zur Beurteilung
der Umwelt- und Gesundheitsverträglichkeit
von Siliconprodukten folgerichtig
auch die ihnen zugefügten Additive beurteilt
werden. Allgemeine Bemerkungen
über die Toxikologie der Additive
helfen kaum weiter, da eine Vielzahl
unterschiedlichster Stoffe als Additive
in Siliconprodukten verwendet wird.
Darunter gibt es sensibilisierende und
cancerogene Stoffe, zum Beispiel bei
den UV- und Hitze-Kälte-Stabilisatoren.
Wolkober et al. [10] haben nachgewiesen,
daß »diverse Weichmacher auch für
pathogene Keime ein Nährboden sind
und dadurch eine Quelle von schwierig
zu identifizierenden Infektionen werden
können«.
Für viele Funktionen gibt es jedoch
auch physiologisch und ökologisch unbedenkliche
Additive. In der konsequenten
Beschränkung auf sie steckt ein hohes
Optimierungspotential – nicht nur für
Siliconprodukte.
Siliconprodukte werden häufig mit
einer ganzen Reihe von Zusätzen ausgestattet.
So enthält ein handelsüblicher
Siliconharzputz neben Wasser und Siliconharz
noch Pigmente und Füllstoffe
sowie als Additive Filmbildehilfsmittel,
Entschäumer, Verdickungs- und Konservierungsmittel.
Je mehr und unterschiedlicher
die Zusätze, desto unkontrollierbarer
werden Synergismus-Effekte.
In der Toxikologie bedeutet Synergismus
die gegenseitige Beeinflussung
von Schadstoffen im Sinne einer additiven
oder potenzierenden, gegebenenfalls
neuartigen Wirkung. Heute weiß
man, daß Allergien nicht nur von Einzelsubstanzen
ausgelöst werden können,
sondern auch durch das Zusammenwirken
von Substanzen, die für sich
kein allergenes Potential besitzen [11] .
Chemikalienvielfalt wird als Grund für
eine Schwächung des Immunsystems
und damit als Auslöser zahlreicher
Krankheiten diskutiert, so zum Beispiel
des sick building syndrome (SBS) und
des chronic fatigue syndrome (CFS) [12] .
In Zukunft sollte daher die Reduktion
von Inhaltsstoffen bei Alltagsprodukten
ein beträchtliches Optimierungspotential
bieten. Wie das praktisch aussehen
kann, wurde jüngst bei einer Körper-
18
GAIA 9 (2000) no. 1
pflegemittelserie eines großen Hamburger
Herstellers gezeigt [13] .
4. Wirtschaftliche und
gesellschaftliche Bedeutung
Produktion nach Ländern und Herstellern
Die weltweite Siliconproduktion nimmt
ständig zu, in den neunziger Jahren um
etwa 7 Prozent je Jahr. Während vor
zwanzig Jahren insgesamt 300 000 Tonnen,
davon in (damals) Westdeutschland
ungefähr 30 000 Tonnen, produziert
wurden, erreichte die Produktion 1996
im vereinigten Deutschland schon
250 000 Tonnen Silicone. Nordamerika
ist mit 39 Prozent der größte Markt für
Siliconprodukte, dichtauf gefolgt von
Europa. Das allgemeine Ungleichgewicht,
daß die Minderheit der Menschen
in den Industrieländern über die Mehrheit
der Industriegüter verfügt, tritt also
bei der Siliconproduktion und -nutzung
besonders kraß auf.
Die acht großen Firmen in der Siliconindustrie
sind Dow Corning (USA), General
Electric (USA), Wacker (Deutschland),
Shin-Etsu (Japan), Rhône-Poulenc
(Frankreich), OSi Specialities (USA),
Bayer (Deutschland, jetzt mit General
Electric fusioniert) und Hüls (Deutschland)
in absteigender Reihenfolge. Die
meisten hiervon sind große multinationale
Unternehmen mit Produktion und
Verkauf in vielen Ländern; der Anteil
des Silicongeschäfts am Gesamtabsatz
unterscheidet sich von Firma zu Firma.
Die vier größten Siliconhersteller teilen
sich 74 Prozent des globalen Marktes,
auf die größten acht entfallen sogar 94
Prozent. Die Gründe für diese Konzentration
liegen in den günstigen ökonomischen
Effekten der Massenproduktion
im Zusammenhang mit dem technisch
aufwendigen Herstellungsprozeß und
der Marktbeherrschung.
Was wir auf uns nehmen
und was wir zu uns nehmen
Wie erwähnt, werden die zahlreichen
und vielfältigen Siliconprodukte in vielen,
sehr unterschiedlichen Bereichen
angewendet. Rechnet man die 250 000
Tonnen Silicone, die in Deutschland
jährlich produziert werden, auf die Einwohner
um, so kommt man auf einen
Anteil von 3 Kilogramm pro Kopf.
Wegen der hohen Lebensdauer aller
Siliconprodukte summiert sich diese
Menge mit der Zeit auf ein Vielfaches.
Über kurz oder lang begegnen uns
Silicone in den meisten Lebensbereichen
(vergleiche das Verteilungsmuster in
Figur 4).

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
Siliconöle (Antischaummittel, Trennmittel)
Chemische Spezialitäten (Kosmetik, Polituren)
Papierbeschichtung
Textilprodukte
Produkte für Elektrotechnik und Elektronik
Sonstiges (Pharmazie, Mechanik)
Siliconelastomere und -gummis
Siliconharze
Figur 4. Schematische Darstellung der durch Silicone verfügbaren Produktpalette.
Die Verbreitung der Silicone geht so
weit, daß sie nicht nur häufig in unserer
nahen Umgebung zu finden sind. Mit
Textilien, Kosmetika und Nahrungsmitteln
gelangen sie auch auf unsere Haut
und in unseren Körper (Exkurs 2).
In den USA werden jährlich 20 000
Tonnen Siloxane (kurzkettige, flüchtige
Silicone) für Körperpflegemittel verwendet.
Sie dienen in Deodorants und
Hautpflegemitteln als Trägersubstanzen,
wozu sie sich durch ihre geringere
Flüchtigkeit besser als Wasser eignen.
Zusätzlich sind sie sehr fein versprühbar
und wasserabweisend und "verbessern"
– so beschreibt es der Hersteller
Wacker – "das Hautgefühl". Auch in
Haarpflegemitteln werden Siloxane als
Strukturverbesserer eingesetzt. Eine
Schätzung des Anteils siliconhaltiger
Kosmetikartikel in den Regalen einer
normalen deutschen oder schweizerischen
Drogerie fällt schwer. Da Silicone
nicht toxisch oder anderweitig belastend
sind, tauchen sie in der Inhaltsdeklaration
nur im gesetzlich vorgeschriebenen Rahmen
auf – das heißt, sie bleiben meist
im Verborgenen.
In der Textilindustrie hat sich für die
Anwendungen von Siliconen ein weites
Feld eröffnet. Im Internationalen Textilhilfsmittelkatalog,
einer Auflistung der
wichtigen Textilchemikalien, finden
sich Siliconpräparate mit über zwanzig
Anwendungen. Sie reichen von weichmachenden
Mitteln über solche gegen
Verfilzen und Einlaufen bis hin zu Imprägnierungen,
deren Vorteile vor allem
in der hohen Wasserdichtigkeit verbunden
mit guter Dampfdurchlässigkeit
liegen [3] . Es ist den Verbrauchern offenbar
fast unmöglich, siliconfreie Textilien
zu verwenden.
Auch Nahrungsmittel kommen mit
Siliconen einher. Sie werden beispielsweise
bei biotechnischen Prozessen
wie der Herstellung von L-Glutamin,
Vitaminen und Ethanol als Antischaummittel
eingesetzt. »Früchte werden zur
Verbesserung der Spurenelementversorgung
mit Eisensulfatlösungen behandelt,
die Silicontenside enthalten. Orangen
werden mit Wachs beschichtet, um den
Früchten einen schönen Oberflächenglanz
zu verleihen und das Austrocknen
zu verzögern. Entsprechende Wachsbeschichtungen
enthalten Silicone zur Verbesserung
des Glanzes und um Schaumentwicklung
beim Auftrag zu verhindern.
Bei der Herstellung von Backwaren
werden siliconbeschichtete Backbleche
verwendet, um ein Anhaften der Backwaren
zu verhindern. Flaschenkorken
werden mit Siliconölemulsionen behandelt,
um sie gleitfähig zu machen.« [3]
Exkurs 2
19
GAIA 9 (2000) no. 1
In Industrie, Gewerbe und Technik
hält man viel von Siliconprodukten in
Form von
● Ölen nicht nur für Kosmetika, sondern
auch als Schmier-, Brems- und
Hydraulikflüssigkeiten;
● Kautschuken (Elastomere und Gummis)
als Dichtungsmaterial in vielen
Wirtschaftszweigen, für Katheter,
Trans-fusionsschläuche, Implantate,
Kontaktlinsen, Kabel et cetera;
● Harzen als Bindemittel, Bautenschutzmittel
und Lackrohstoff [14, 15] .
Die weltweite Produktion bewegt sich
im Maß von Megatonnen.
5. Unbeabsichtigte Funktionen
Stoffströme und Energie
Der Stoffstrom der Silicone läuft
"down the drain", ein Kreislauf ist nicht
einmal in Ansätzen verwirklicht. Obwohl
Silicone schwer abbaubar und deshalb
Der Streit über Brustimplantate aus Silicon
Ein Mittelding zwischen Auf-sich-nehmen und Zu-sich-nehmen stellen Silicon-Implantate
dar, die vor allem als Brustimplantate zu trauriger Berühmtheit gelangt sind. Der Streit um
ihre physiologischen Auswirkungen ist besonders leidenschaftlich in den USA entbrannt.
Dort haben zwischen einer und zwei Millionen Frauen sich operativ solche Implantate
einsetzen lassen. Inzwischen wurden 70 000 Schadenersatzforderungen erhoben, weitere
26 000 werden vorbereitet. Der Gesamtstreitwert beträgt 4.2 Milliarden Dollar. Die Frauen
klagen über Gelenk- und Muskelschmerzen, Ausschläge, Müdigkeit, Haarausfall und
kognitive Defizite, die für sie im Zusammenhang mit dem Brustimplantat stehen.
Die Siliconhersteller, allen voran Dow Corning, versuchen hingegen sehr engagiert, die
Harmlosigkeit ihrer Produkte zu zeigen.
Im Jahre 1995 wurde die sogenannte "Silicone Breast Implants and Connective Tissue
Disease"-Studie veröffentlicht, die von der Harvard Medical School, der Harvard School
of Public Health und dem Brigham and Women's Hospital durchgeführt worden war. Ihr
Ergebnis: Auch wenn man einen Zusammenhang zwischen Silicon-Brustimplantaten und
einer Erkrankung des Bindegewebes sowie Immunschwäche und rheumatologischen
Krankheiten nicht definitiv ausschließen könne, so habe man doch zumindest keine
Anhaltspunkte dafür gefunden. Kritiker bemängeln an der Studie sowohl die Auswahl der
untersuchten Gruppe als auch das methodische Vorgehen, nur nach einem Zusammenhang
mit klassischen Krankheiten zu suchen. Dies gehe am Ziel vorbei, da die durch
Silicone im Körper ausgelösten Erkrankungen von neuer Art seien. Der Anwalt Richard
Alexander, ein Vertreter der Patientinnen, bezweifelt das Ergebnis der Studie: »Es gibt
einen bewiesenen Zusammenhang zwischen Silicon aus Brustimplantaten und Bindegewebskrankheit.
Das Silicon stimuliert das Immunsystem, was dazu führt, daß sich der
Körper selbst angreift.«
Außerdem ist die Studie in die Kritik geraten, da zwei ihrer Autoren zugeben mußten, bezahlte
Berater der Siliconhersteller zu sein, und da eine Millionenspende von Dow
Corning an das Brigham and Women's Hospital bekannt geworden war. Ähnliches hatte
sich schon früher bei einer Studie der Mayo Clinic zugetragen.
Die Coalition of Silicone Survivors, ein weltweit über 5000 Mitglieder zählender Verein,
weist auf mehrere Risiken von Silicon-Implantaten hin. So sei zum Beispiel die Prothese
ein guter Nährboden für Bakterien, Pilze und Viren. Schon nach vier bis sieben Jahren
könne das Implantat reißen, wobei die Silicone sich im Körper ausbreiten. Auch würde
durch das Implantat die Erkennung von frühem Brustkrebs auf Röntgenbildern erschwert.
Zur physiologischen Wirkung solcher Implantate wird angemerkt, daß bei deren
Anfertigung unter anderem Cyclohexanon, Polyvinylchlorid, Freon, Cyanacrylat, Methylenchlorid
und Benzol verwendet werden. Die Erfahrung habe gelehrt: »Silicon mag
chemisch inert sein, aber biologisch inert ist es nicht. Dies bedeutet, daß jede Form von
Silicon im menschlichen Körper eine Reaktion hervorrufen kann. Wenn der Ausdruck
"inert" fällt, ist chemisch inert gemeint. Frage jeden Chemiker, was chemisch inert denn
bedeute, und du wirst feststellen, daß es nicht heißt: "verträglich mit dem menschlichen
Körper".«

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
sehr langlebig sind, wird nicht mehr gebrauchtes
Silicon kaum wiederverwertet.
Dabei ist ein Recycling etwa zu Papierund
Textilbeschichtungen oder Ölen für
elektrotechnische und mechanische Verwendungszwecke
prinzipiell möglich.
So aber gelangt der weitaus größte Anteil
des einmal benutzten Silicons auf
unterschiedlichen Wegen in die Umwelt
(Figur 5).
In manchen Milieus, zum Beispiel in
trockenem Boden, können Silicone biologisch
abgebaut werden, während sie
sich im Wasser als Sediment ablagern.
Auf Deponien findet kaum Abbau
statt. Zu einer Gesundheitsgefahr können
Silicone in Feinststäuben werden, befördert
durch den Gebrauch in Verschleißteilen.
In Müllverbrennungsanlagen führt
die Zersetzung von Siliconen zu Wasser,
Kohlendioxid und Siliciumdioxid.
Unter Berücksichtigung des hohen
Energiebedarfs zur Silicon-Herstellung,
sollte man bei der Verbrennung auf
jeden Fall bemüht sein, diese Energie
zurückzugewinnen.
Von der Wiege bis zur Bahre –
aber mit Umwegen!
Dies ist eine Stoffgeschichte von Siliconen
und Siloxanen, die exemplarisch
von den ungeplanten und unvorhersehbaren
Wegen synthetischer Funktionsmaterialien
erzählt und darauf aufmerksam
macht, daß unser anwendungs- und
funktionsorientiertes Denken und Konzipieren
leider oft zu wenig weit reicht.
Und zu guter Letzt schafft dann nur
noch "Feuerwehr" Remedur! Nun zum
Inhalt der Geschichte:
In einer europäischen Metropole wird
in den späten neunziger Jahren mit großem
finanziellen Aufwand und zeitgemäßem
Verantwortungsbewußtsein eine
Müllverwertungsanlage gebaut. Ja, es
handelt sich um Müllverwertung. In der
riesigen Anlage werden die gesammelten
Haushaltsabfälle der Metropole nach
Umwandlung zu Bio- oder Deponiegas in
zehn Gasmotoren mit einer Leistung
von je 600 kW zur Stromproduktion
genutzt. Da sich diese europaweit
modernste Anlage ihrer Größenordnung
auf Stadtgebiet befindet und die Emissionen
möglichst gering gehalten werden
müssen, wird eine Katalysatorenbatterie
nachgeschaltet, die besonders den Anteil
bei der Verbrennung entstandener
Stickstoffoxide drastisch vermindert.
Rundum eine mustergültige Einrichtung!
Nach dem ersten Betriebsjahr muß
jedoch festgestellt werden, daß die
Wirkung der Katalysatoren gleich Null
ist. Eine Untersuchung der Ursachen
ergibt, daß die Katalysatoroberflächen
mit einer Quarzschicht "verglast" sind,
also nicht mehr funktionieren können.
Woher soll der Quarzüberzug kommen?
Nun, die Gasmotorenhersteller und wenige
Spezialisten wie Peter Hagmann
(vergleiche Exkurs 3) wissen von dem
Phänomen. In den mit Gasbrunnen gesammelten
Deponiegasen finden sich
erstaunlich große Mengen Siloxane.
Diese flüchtigen Siliconderivate stammen
einerseits aus den in die Kanalisation
eingetragenen Alltagsprodukten – beim
Waschen entledigen wir zivilisierten
Menschen uns von Zeit zu Zeit des
chemischen Schönheits- und Gesundheits-
Korsetts – anderseits höchstwahrscheinlich
aus Abbauprozessen von langkettigen
Siliconen. Nach der Nutzung, nach
der Erfüllung ihrer jeweiligen Funktion,
gelangen die Siloxane also in die Deponiegase.
Ihre innewohnenden Eigenschaften
– sie sind chemisch inert, wasserunlöslich
und flüchtig – befähigen
sie, unerwarteterweise den Weg in den
Gasmotor zu finden. Dort werden sie
wie auch die übrigen Deponiegase mit
Luft gemischt, komprimiert und verbrannt.
Während aus den Deponie- oder
Biogasen Methan, Propan, Butan et cetera
als Verbrennungsprodukte Kohlendioxid
und Wasser entstehen, werden
die Siloxane zu Kohlendioxid, Wasser
und Siliciumdioxid, das heißt Quarz
umgewandelt. Da in der besagten Anlage
über 3000 Nm 3 Deponiegas verfeuert
werden und die Siloxan-Fracht 10–15
mg/m 3 beträgt, werden pro Stunde mindestens
30 Gramm Quarz gebildet, pro
Woche läuft dann schon eine Quarz-
Produktion im Kilogrammaßstab. Die
Geschichte hat ihr unerwartetes Ende
gefunden: Vom mineralischen Quarz
ausgehend über Metamorphosen auf
verschlungenen Pfaden wieder zur alten
Ausgangsform, aber an einem ganz anderen,
von uns keineswegs erwünschten
Ort. Der aus den Siloxanen neu entstandene
Quarz findet sich auf den
Turbinenschaufeln sowie Zylinderköpfen
der Gasmotoren in Gestalt millimeterbis
zentimeterdicker Ablagerungen (vergleiche
Figur 5 unten) oder als dünne,
"lähmende" Schicht auf den Katalysatoren.
In beiden Fällen ist Gefahr im
Verzug: Lösen sich Quarzfragmente von
den Motorteilen, kann das schon nach
relativ kurzer Betriebszeit zum Totalschaden
führen. Für einen 650 kW-
Gasmotor macht das einen finanziellen
Verlust um 50 000 EUR aus. Ähnliche
Beträge sind notwendig, um Katalysatoreinheiten
zu ersetzen.
Diese Geschichte stellt keinen Einzelfall
dar, sie ist vielmehr zum Problemfall
für moderne Deponiegasanlagen ge-
20
GAIA 9 (2000) no. 1
worden und enthüllt einen Risikofaktor
für die Gasmotoren- und Katalysator-
Hersteller. Obwohl SiO 2 an sich weder
toxisch noch umweltbelastend ist, hat
der vielleicht zu kurzsichtige Umgang
mit der daraus abgeleiteten Stoffklasse
ein Wissens- und Erfahrungsdefizit geschaffen,
das aufgrund der ubiquitären
Präsenz der Silicone schleunigst reduziert
werden muß. Erste Schritte werden
vollzogen. Zur Zeit werden in mehreren
Deponieanlagen technische Vorkehrungen
entwickelt, um zu verhindern, daß
die Siloxane in den Motorraum kommen:
● Die Siloxane werden aus der Gasfracht
bei tiefen Temperaturen kondensiert
und so isoliert. Das Verfahren
funktioniert, ist aber sehr teuer.
● Die Siloxane werden an Aktivkohlefiltern
adsorbiert und später in konventionellen
Anlagen verbrannt. Auch dies
erfüllt seinen Zweck, aber die Kohlefilter
müssen oft gewechselt werden,
da sie bald gesättigt sind (nicht nur von
Siloxanen). Keine billige Lösung.
● Die Siloxane werden bei einer Gaswäsche
in Ölen gelöst und später
entweder in konventionellen Anlagen
verbrannt oder durch Destillation zurückgewonnen.
Während für den ersten
Fall auch billige Öle, sogar Heizöl verwendet
werden können, erfordert die
zweite Lösung den Einsatz von relativ
reinen, hochsiedenden Ölen, die dann
aber wiederverwendbar sind. Die letztgenannte
Option ist aus ökologischen
und ökonomischen Gründen wohl das
Optimum.
Das Fazit der Geschichte ist nicht
einfach, zuviel spielt da noch herein.
Auf technischer Ebene gilt, daß der
eingeschlagene Weg einer effizienten
Abfallverwertung trotz der als Spielverderber
identifizierten Siloxane weiter
beschritten werden kann, wenn auch
mit höheren Kosten. Eine generelle Betrachtungsweise
wirft aber darüber hinaus
Fragen auf. Es ist bekannt, daß nur
ein Teil der flüchtigen Siloxane in der
Abfallverwertung landet. Ein anderer
Teil, vielleicht das meiste, wird verfrachtet.
Wie lange es dauert, bis dieser
Anteil – neben all den anderen, weniger
flüchtigen Siliconabfällen – durch natürliche
Prozesse abgebaut sein wird,
ist unbekannt. Es ist auch noch unklar,
ob in anaerobem Milieu biologische
Abbauprozesse für das Auftreten erstaunlich
großer Mengen der Siloxane
D4 und D5 (Si 4 O 4 -Achtringe beziehungsweise
Si 5O 5-Zehnringe) maßgeblich sind.
Auch die thermischen Abbauprozesse,
also die Verbrennung von Siloxanen
und Siliconen müssen erforscht werden.
Die Frage, ob gar Mikroorganismen

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
Klärschlamm
Polydimethylsiloxane (PDMS)
Gärtank
Abwasser
Aufbereitung Keine Aufbereitung
Landdeponie
Verbrennung
Entsorgung im Meer
Klärwasser
Verflüchtigung Biodegradation Humifikation Transport
Atmosphäre
Abbau durch
OH-Radikale
Methan
Ausgehend von Quarz, Kohle, Methan, Steinsalz, Wasser und elektrischem Strom
werden durch verschiedene Prozesse die Bausteine für Silicone, die Organochlorsilane,
vor allem Methylchlorsilane bereitgestellt:
• Quarz wird mit Kohlenstoff zu Rohsilicium reduziert.
• Durch Elektrolyse von Steinsalz werden Chlor und Natronlauge, als Sekundärprodukt
auch Salzsäure gewonnen.
• Aus Methan oder Erdgasfraktionen und Chlor wird Methylchlorid synthetisiert.
• Bei der Müller-Rochow-Synthese wird feingemahlener Siliciumstaub mit Methylchlorid zu
Methylchlorsilanen, den eigentlichen Grundchemikalien für die Siliconherstellung, umgesetzt.
• Das Gemisch der so gewonnenen Methylchlorsilane wird durch fraktionierende Destillation aufgetrennt,
und durch nachfolgende Hydrolyse entstehen sogenannte Organosilanole (siehe Figur 3).
Bei erhöhter Temperatur polymerisieren diese Baueinheiten unter Wasserabspaltung
(analog zur Silicatbildung aus Kieselsäure) zu den Polydimethylsiloxanen (PDMS).
SiO 2
Landwirtschaftliche Nutzung
(Boden)
(CH 3 )Si(OH) 3
Biodegradation
SiO 2 / H 2 O
CO 2 / H 2 O
Hydrolyse
(CH 3 ) 2 Si(OH) 2
Im Boden
gebunden
Oberflächenwasser
Sediment
Langsame
Hydrolyse
(CH 3 ) 2 Si(OH) 2
Oberflächenwasser
Biodegradation Photodegradation
Figur 5. Werden und Vergehen von Polydimethylsiloxanen (PDMS), den häufigsten Vertretern der Silicone
(adaptiert nach Chandra et al. [16] ).
21
GAIA 9 (2000) no. 1

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
Exkurs 3
Mit dem Siloxan-Detektiv unterwegs
Manfred Hagmann ist Inhaber eines Analytikunternehmens, das sich auf den Nachweis
von Siliconen und Siloxanen in technischen Anlagen, insbesondere Deponie-, Klär- und
Kompostieranlagen in Deutschland, aber auch in ganz Europa spezialisiert hat [21] . Einer
der Autoren hat diesem Experten folgende Fragen gestellt:
Frage 1: Herr Hagmann, mit welchen Methoden kommen Sie den Siloxanen auf die Spur?
Die Konzentrationen der Siloxane in Biogas betragen nur wenige Milligramm pro Kubikmeter.
Dabei handelt es sich um mehrere Einzelsubstanzen. Hierfür muß man eine
äußerst empfindliche Meßtechnik wählen, die außerdem bei der Vielzahl aller in Biogas
vorkommenden Stoffe die Organosiliciumverbindungen sicher identifiziert. Die Methode
der Wahl ist Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie, kurz GC-MS. Das
ist eine der leistungsfähigsten Analysemethoden in der analytischen Chemie überhaupt.
Frage 2: Können Sie die Herkunft der Siloxane durch deren Identifikation bis zur Quelle
zurückverfolgen?
Oft schon. Dafür ein anschauliches Beispiel: Bei einer Kläranlage sind die Gasmotoren
bereits nach kurzer Betriebszeit wegen der durch die Verbrennung von Siloxanen entstandenen
glasartigen Ablagerungen ausgefallen. Intensive Untersuchungen aller Wasserzuläufe
der Kläranlage führten schließlich zu einem Betrieb aus der Reinigungsmittelbranche,
der diese Chemikalien in das Abwassersystem der Stadt eingeleitet hat. Inzwischen sind
bei diesem Betrieb strengere Maßnahmen getroffen worden, um die hohe Belastung des
Abwassers durch Siloxane zu vermindern. Dennoch besteht nach wie vor die Gefahr, daß
bei Reinigungsarbeiten oder beim unbeabsichtigten Verschütten von Produkten wieder
diese Siloxane ins Abwasser gelangen. Das hätte unwillkürlich erneut den Ausfall der Gasmotoren
zur Folge.
Frage 3: Wie sieht nach Ihrer Meinung die Zukunftsperspektive für die Produktion,
Nutzung und Entsorgung von Siloxanen aus?
Die Organosiliciumverbindungen, wozu auch die Siloxane gehören, haben überragende
Eigenschaften. Sie sind aus unserer modernen Welt der Kosmetik, Medizin, Haushaltsund
Industrietechnik nicht mehr wegzudenken. Die Produktionszahlen für diese Verbindungen
steigen stetig. In der Umwelt erwächst daraus nach heutigem Wissensstand
keine Gefährdung. Im Biogas allerdings, das als Energiequelle genutzt werden soll, führen
sie leider zu fatalen Motorschäden. Wenn es nicht gelingt, diese Störfaktoren aus dem
Gas zu eliminieren, stünde wahrscheinlich die Verwertung von Biogas vor dem Aus. Biogas
wieder wie früher abzufackeln, wäre sicherlich ein ökologischer und ökonomischer
Rückschritt.
existieren oder sich entwickeln, welche
die Silicium-Kohlenstoff-Bindung zu
spalten vermögen – energetisch läßt sich
das nicht ausschließen – ist von außerordentlichem
Interesse für die Biosphäre,
bleibt vorerst aber offen.
Diese Situation soll nun zum Ausgangspunkt
eines Forschungsprogramms
werden, in dem an der Silicongeschichte
oder -wertschöpfungskette beteiligte
Unternehmen und Institutionen, besonders
das Bayerische Institut für Abfallforschung,
die Universität Augsburg,
das Klärwerk Augsburg, Deponiebetreiber
und Motorenhersteller ein Konzept
erarbeiten, das einen zukunftsfähigen
22
GAIA 9 (2000) no. 1
Umgang mit dieser Stoffklasse erlaubt.
Eine wichtige Erkenntnis aus der
Silicongeschichte ist, daß sich unsere
Zivilisation synthetischer Funktionsmaterialien
bedient, ohne um deren mögliche
Wechselwirkungen in der "realen
Welt" zu wissen. Daß ausschließlich
synthetisch hergestellte Silicone oder
deren Abbauprodukte einmal auf der
Schaufel einer Gasmotorturbine und ein
andermal in der Wachsschicht eines Buchenblattes
nachzuweisen sind, zeigt,
daß in beiden Fällen unerwartete Stoffgeschichten
sich zu erheblichen Risikofaktoren
auswachsen können. Der erste
Fall wurde geschildert; im zweiten Fall
gibt es vorerst nur Spekulationen, die
darauf hindeuten, daß die Substitution
der mit Abwehrstoffen versehenen
Wachsschicht vieler Blätter zu einer
Resistenzschwächung führen könnte – in
Anbetracht der fortwährend schwindenden
Baumbestände eine fatale Aussicht.
Diese Überlegungen erfordern die
Frage, ob trotz der technisch-naturwissenschaftlich
geprägten Strategie, eine
chemisch inerte Klasse von Funktionsmaterialien
bereitzustellen und zu nutzen,
das Eigenschaftenspektrum eben
dieser vollsynthetischen Stoffe Wechselwirkungen
mit den natürlichen Stoffen
und Stoffsystemen der Biosphäre zuläßt
oder gar initiiert.
Resistenzbildung bei Mikroorganismen
durch Siliconbaustoffe
Der Einsatz von Additiven soll, wie
erwähnt, die Funktionen eines Stoffs in
einer bestimmten Weise verbessern. Daß
ein Additiv in komplexen natürlichen
Zusammenhängen aber ganz andere
Funktionen erfüllen kann, als man von
ihm erwartet, zeigt folgendes Beispiel:
Ein unter Gesundheits- und Umweltaspekten
sehr problematisches Additiv
sind die sogenannten Biostabilisatoren,
das sind biozide Substanzen, die auch
einigen Siliconprodukten zugesetzt werden.
In der Wacker-Information Siliconharzputze
in der Praxis heißt es: »Siliconharzputze
als Fassadenbeschichtung
bleiben (…) vor Pilz/Algenwachstum (…)
nicht verschont. Zusätze von Fungiziden/
Algiziden sind erforderlich. Zahlreiche
dieser Biozide werden nach der Gefahrstoffverordnung
(GefStoffV) als gesundheitsschädlich
eingestuft und mit dem
Gefahrensymbol Xn versehen.« Auch
Silicondichtungsmassen, wie sie für
Fenster und im Sanitärbereich verwendet
werden, sind mit Bioziden ausgerüstet
– teils zum Schutz des Materials,
sicherlich aber auch aus optischen
Erwägungen, da Pilze und Algen das
Silicon verfärben.

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
Schon durch ihre Toxizität sind Biozide
für Mensch und Umwelt nicht
harmlos, auch wenn ihre Konzentration
in den Produkten gering ist. Ein viel
ernsteres Problem des Biozideinsatzes,
in seiner Komplexität noch kaum erkannt,
ist die Gefahr der Resistenzbildung
bei Mikroorganismen. Im Zusammenhang
mit Antibiotika ist dieses
Problem bereits länger bekannt und hat
sich in den letzten Jahren so drastisch
verschärft, daß viele schon besiegt geglaubte
Infektionskrankheiten nun wieder
auf dem Vormarsch sind [17] .
Die Resistenzbildung verläuft folgendermaßen:
Kommt ein Antibiotikum in
eine bestimmte Umgebung (meist im
Körper), so tötet es dort unterschiedslos
alle Mikroorganismen bis auf die, in
deren Erbgut ein spezifischer Schutzmechanismus
angelegt ist. Die meisten
Mikroorganismen sind jedoch völlig
harmlos oder »schützen sogar vor Erkrankungen,
indem sie mit der pathogenen
Minderheit konkurrieren« [18] .
Die allgemeine Reduktion der Keimzahl
durch das Antibiotikum verringert
folglich den Schutz vor pathogenen
Keimen [19] . Diejenigen Krankheitserreger,
die sich gegen das Antibiotikum
als resistent erweisen, können sich
dann ungestört vermehren. Außerdem,
so schreibt Stuart B. Levy, Direktor
eines Zentrums für Adaptive Genetik
und Medikamentenresistenz in Medford
(Massachusetts), ȟberleben von den
nur nebenbei dezimierten Arten ebenfalls
gefeite Varianten, die sich dann
ausbreiten. Damit züchtet man geradezu
ein Reservoir von Populationen mit
Resistenzmerkmalen, aus dem sich hinzukommende
Krankheitserreger bedienen
können«. Denn »Austausch von Genmaterial
ist in der Welt der Bakterien
derart gang und gäbe, daß man sie sich
in ihrer Gesamtheit als einen einzigen
riesigen Organismus denken kann, dessen
Zellen untereinander mit Leichtigkeit
Erbgut austauschen« [18] .
Daher ist offensichtlich, daß nicht
nur durch antibiotische Medikamente,
sondern durch jeden antimikrobiellen
Wirkstoff die Resistenzbildung gefördert
wird – auch durch Desinfektionsmittel
und Biostabilisatoren. Dies wäre dann
noch nicht so schlimm, wenn die Mikroorganismen
nur gegen das eine verwendete
Biozid resistent würden, denn es
wird ja vielleicht gar nicht als Medikament
eingesetzt. Dem ist jedoch nicht
so. Erstens können resistente, aber normalerweise
harmlose Bakterien allein
dadurch gefährlich werden, daß sie
stark wuchern, sobald ihnen das Biozid
»das Feld geräumt hat« [18] . Zweitens
enthalten die Plasmide mit der Erbinformation
für eine Desinfektionsmittel-
Resistenz manchmal auch bereits Resistenzgene
gegen Antibiotika. So werden
durch übertriebenes Desinfizieren
unbeabsichtigt Erreger gezüchtet, die
gleichzeitig gegen Antibiotika gefeit
sind [18] . Der gleiche Effekt muß auch
bei Biostabilisatoren vermutet werden.
Dies sollte Grund genug sein, fordert
Michael Groß, um »endlich verantwortlich
mit dem Arsenal der antimikrobiellen
Stoffe umzugehen« und auf »jede überflüssige
Anwendung« zu verzichten [20] .
Und Levy warnt: »Der unbedachte Umgang
mit solchen Mitteln könnte unser
Zuhause zu einem Quell unausrottbar
pathogener Bakterien machen« [18] .
Wenn antimikrobielle Wirkstoffe in den
Müll oder ins Abwasser gelangen, gibt
es natürlich gleiche Probleme auch
außerhalb des Hauses, so zum Beispiel
in Kläranlagen, wo nicht einmal Grenzwerte
für pathogene Keime vorgeschrieben
sind.
Levy und Groß haben bei ihren Ausführungen
hauptsächlich Antibiotika
und Desinfektionsmittel im Blick. Die
unserer Ansicht nach dringend erforderliche
Einbeziehung der Biostabilisatoren
in die Resistenzproblematik bringt für
den Verbraucher zusätzliche Probleme
mit sich. Während er den Gebrauch von
Antibiotika und Desinfektionsmitteln
selbst einschränken kann, ist ihm das
Vorhandensein von Biostabilisatoren in
Produkten meist nicht einmal bekannt.
Kaum einer ahnt, daß er in den Fugen
seiner Fenster, Waschbecken und Badewanne
gefährliche Krankheitserreger heranzüchtet.
Hier muß einerseits die Aufklärung
der Verbraucher vorangetrieben
werden; hauptsächlicher Handlungsbedarf
aber besteht bei den Produktherstellern,
jeden Einsatz von Biostabilisatoren
sehr kritisch zu überprüfen.
Auf biozide Additive läßt sich meist
leichter verzichten als auf Antibiotika
oder Desinfektionsmittel. Für wirklich
notwendige Anwendungsfälle muß nach
alternativen Wirkstoffen gesucht werden,
die keine Resistenzbildung verursachen.
6. Nicht die Moral,
aber etliche Konsequenzen
der Silicongeschichte
Sinnbildlich gesprochen sollen die
Siliconkontaktlinsen nicht unser Blickfeld
verengen, sondern den Blick dafür
schärfen, wie wir mit naturwissenschaftlichen
Erkenntnissen und technischen
Errungenschaften verantwortlich und
23
GAIA 9 (2000) no. 1
haushälterisch umgehen können. Der
Umgang mit Ressourcen, daraus erzeugten
Materialien und den Alltag verändernden
Produktionsweisen erfordert
eine Erweiterung der Nutzungsstrategien.
Wir müssen mit viel intensiverer Anstrengung
daran arbeiten, die Bedingungen
eines zukunftstauglichen Einsatzes
von Stoffen und Energieträgern
über deren Einsatzdauer zu gestalten,
von der Wiege bis zur Bahre. Entsprechende
Instrumente wie Stoff-, Energieund
Ökobilanzen oder das modernste
Konzept der Integrierten Produktionspolitik
(IPP) helfen dabei weiter.
Die Botschaft der Silicongeschichte
eröffnet aber tiefergehende Perspektiven:
Stoffe können aufgrund experimentell
gewonnener Kenntnisse funktionalisiert
werden. Das heißt, ihre innewohnenden
Eigenschaften können systematisiert und
vorausgesagt werden. So gelang es der
Chemie, bei Polymeren durch Ersatz
von Kohlenstoff durch Silicium eine
neue, vollsynthetische Stoffklasse mit
teilweise überragenden Eigenschaften
zu kreieren. Daraus ergaben sich auch
neue, technisch und wirtschaftlich attraktive
Nutzungsmöglichkeiten, neuartige
Funktionen. Die Siliciumchemie, besonders
die Siliconchemie erbrachte innovative
Wertschöpfungsketten. Diese Entwicklung
wird fortschreiten. Neue
Funktionen werden erfolgreiche Anwendungen
ermöglichen, neue funktionale
Materialsysteme werden entstehen und
unser Leben, die Biosphäre unseres
Planeten verändern. Die bisherigen Erfahrungen
mit den Siliconen machen
aber deutlich, daß die so vielversprechenden
Nutzungsweisen nur dann dauerhaft
gewinnbringend werden können, wenn
auch die durch sie entstehenden Risiken
berücksichtigt werden. Die Komplexität
der realen chemisch-physikalischen Umgebungen,
denen die Silicone kurz- oder
langfristig ausgesetzt werden, ist nicht
vollends zu überblicken. Unvorhersehbare
Wechselwirkungen werden auch
weiterhin eintreten und mithin neue
Kapitel der Silicongeschichte bescheren.
Sie lassen sich auf der Grundlage des
Denkens in Funktionen weder systematisieren
noch quantifizieren. Obwohl
die bisherige Strategie sehr viele erfolgreiche
Umsetzungen von Stoffeigenschaften
in nützliche Anwendungen oder
Funktionen ermöglicht hat, ist sie limitiert:
das Wirkungspotential von Stoffen
in Zeit und Raum wird gegebenenfalls
zu stark reduziert. Verläßt der Stoff die
ihm zugedachte Laufbahn und entfaltet
in anders stofflich-energetischer Umgebung
aus seinen intrinsischen Eigenschaften
andere Funktionen, so ist im

Umwelt-Stoffwechsel von Siliconprodukten
schlimmsten Fall mit Schäden, im besten
Fall mit neuen Erkenntnissen zu rechnen.
Die Frage bleibt, inwiefern hier das
Denken in Stoffgeschichten weiterhilft.
Das Zuerkennen einer Historizität von
Stoffen und Materialien bedeutet, daß
Vorsicht und Voraussicht geboten sind:
Vorsicht im Sinne eines Einsatzes von
Materialien mit Reparaturmöglichkeiten
und Abbruchszenarios, einer Technikfolgenabschätzung;
Voraussicht mit dem
aufmerksamen, findigen Ausdenken von
potentiellen Wechselwirkungen, ein
virtuelles Weiterschreiben der Stoffgeschichte,
vergleichbar mit dem Entwerfen
eines Science-fiction-Romans.
Die von uns Menschen erdachte, erfundene
und gestaltete, aber weder zu
Ende gedachte noch zu Ende geführte
Geschichte der Silicone ist nur ein Kapitel
einer viel längeren, umfassenden
Geschichte. Es ist die Geschichte dieser
Erde, des Wassers, des Bodens, der Luft
und der sie ständig bewegenden und
verändernden Energien und Umwandlungen.
Wir haben im Laufe der Kulturund
Zivilisationsgeschichten vage Kenntnisse
des Anfangs, der Wiege, stehen in
der Mitte des Lebens mit seinen Freuden
und Leiden, ahnen aber nur wenig
von der Zukunft, obwohl wir so gerne
mehr von ihr wissen und sie gestalten
möchten. Es bleibt uns überlassen, unsere
beschränkten Kenntnisse möglichst
weise und umsichtig zu nutzen. Die
Erfindung, Planung und Gestaltung von
Stoff- und Materialgeschichten sind
hilfreiche Antennen, mit denen wir auf-
Armin Reller: Geboren 1952 in Winterthur, Kanton Zürich.
Studium der Chemie und Promotion an der Universität Zürich;
Postdoktorat an der Cambridge University in England;
Forschungsaufenthalt am Indian Institute of Science, Bangalore.
Anschließend wissenschaftlicher Mitarbeiter am Anorganischchemischen
Institut der Universität Zürich. 1988–1991 Koordinator
für das Nebenfach Umweltlehre an dieser Universität;
ab 1988 Übernahme der Leitung des Forschungsprogramms
Thermochemie/Solarchemie (Bundesamt für Energiewirtschaft).
1992–1998 ordentlicher Professor am Institut für Anorganische
und Angewandte Chemie der Universität Hamburg;
daneben seit 1995 Leiter des Programms Solarchemie/Wasserstoff/
Regenative Energieträger (BEW, Bern).
1999 Übernahme des neu eingerichteten Lehrstuhls (C4-Professur) für Festkörperchemie
im Institut für Physik der Universität Augsburg [http://www.physik.uni-augsburg.de/
chemie/index.html].
Michael Braungart: Geboren 1958 in Schwäbisch Gmünd, Württemberg.
Studium der Chemie und Verfahrenstechnik in Konstanz und
Darmstadt; Promotion 1985 am Fachbereich Chemie der Universität
Hannover. Ab 1982 Mitwirkung beim Aufbau des Bereichs Chemie
von Greenpeace und 1985 mit dessen Leitung beauftragt.
1987 gründete er in Hamburg ein Forschungs- und
Beratungsinstitut, das seit 1994 als EPEA Internationale Umweltforschung
GmbH firmiert. Darüber hinaus ist er Wissenschaftlicher
Leiter des gemeinnützigen Hamburger Umweltinstituts e.V. und
seit 1994 Professor an der Fachhochschule Nordostniedersachsen
für das Fach Verfahrenstechnik. Arbeitsschwerpunkte: Realisierung
zukunftstauglicher "intelligenter Produkte", Entwicklung und
Umsetzung von Umweltschutzkonzepten, umweltverträgliche Produktionsverfahren,
Ökobilanzen komplexer Gebrauchsgüter.
Jens Soth: Geboren 1963 in Essen im Ruhrgebiet.
Studierte Agrarwirtschaft und ökologische Umweltsicherung
an der Universität Gesamthochschule Kassel. Mehrjährige
Ingenieurtätigkeit in der Abfall- und Abwasserwirtschaft, danach
Mitarbeit im BFT-Projekt "Umweltverträgliches Wirtschaftssystem
in den Bereichen Abfall und Emissionen".
Seit 1993 bei der EPEA Internationale Umweltforschung
GmbH, Arbeitsgebiet Stoffströme;
1995 in die Geschäftsleitung berufen.
Ole von Uexküll: Geboren 1978 in Hamburg.
Nach dem Abitur am Christianeum in Hamburg zunächst Praktika
bei der Right Livelihood Award Foundation in Stockholm,
die den sogenannten Alternativen Nobelpreis vergibt,
und bei der EPEA Internationale Umweltforschung in Hamburg.
1998 Aufnahme des Studiums der Umweltwissenschaft in Lund,
Schweden; Schwerpunkt ist die Umweltphysik.
24
GAIA 9 (2000) no. 1
grund historischer und aktueller Wahrnehmungen
und Erfahrungen zukunftstaugliche
Lösungen anpeilen können.
Literaturverzeichnis
[1] M. Huppenbauer, A. Reller: "Stoff, Zeit und
Energie – Ein transdisziplinärer Beitrag zu
ökologischen Fragen", GAIA 5/2 (1996)
103–115.
[2] J. Falbe, M. Regitz (Ed.): RÖMPP Lexikon
Chemie, Band 5, 9. Auflage,
Thieme, Stuttgart (1995), p. 4168–4172.
[3] A. Tomanek: Silicone & Technik,
Wacker-Chemie, München (1990).
[4] Siehe im weiteren Ullmann's Encyclopedia
of Industrial Chemistry, Vol. A 24:
Silicon Compounds, 5. Edition,
Wiley-VCH, Weinheim (1993), p. 57–93.
[5] E.G. Rochow: Silicium und Silicone,
Springer-Verlag, Berlin (1987).
[6] Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical
Technology, Vol. 22, Wiley, New York
(1997), p. 82–142.
[7] Silikone – Eine Einführung in Eigenschaften,
Technologien und Anwendungen,
VEB Verlag für Grundstoffindustrie,
Berlin (1981).
[8] N. Auner, J. Weis (Ed.): Organosilicon
Chemistry IV, Wiley-VCH, Weinheim (2000).
[9] O. Hutzinger, G. Chandra (Ed.): The Handbook
of Environmental Chemistry, Vol. 3:
Anthropogenic Compounds, Part H,
Springer-Verlag, Berlin (1997).
[10] Z. Wolkober, I. Gyarmati, M. Farkas:
Kunststoffe – Fortschrittsberichte 3 (1976) 45.
[11] S.J. Bashir, H.I. Maibach:
"Compound Allergy – An Overview",
Contact Dermatitis 36 (1997) 179–183.
[12] D. Buchwald, D. Garrity, R. Pascualy:
"Chronic Fatigue Syndrome", Toxicology
and Industrial Health 8 (1997) 157–174.
[13] M. Braungart, I. Pott, C. Sinn, J. Soth:
"Allergieprävention durch intelligentes
Produkt-Design", Medizin und Umwelt 12
(1999) 54–58.
[14] Hollemann-Wiberg: Lehrbuch der
Anorganischen Chemie, 101. Auflage,
de Gruyter, Berlin (1995), p. 952–953.
[15] K.H. Büchel, H.-H. Moretto, P. Woditsch:
Industrielle Anorganische Chemie,
3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim (1999),
p. 313–333.
[16] G. Chandra, L.D. Maxim, T. Sawano:
"Organosilicon Materials", in The Handbook
of Environmental Chemistry, Vol. 3, Part H,
Springer-Verlag, Berlin (1997), p. 295–319.
[17] H.-G. Sonntag: "Infektionsgefahren nehmen
zu", Spektrum der Wissenschaft,
Dossier Seuchen (1997) 110–113.
[18] S.B Levy: "Antibiotikaresistenz –
eine globale Herausforderung", Spektrum
der Wissenschaft, Nr. 5 (1998) 34–41.
[19] J.M. Jay: "Foods with low numbers of
microorganisms may not be the safest foods
or, why did human listeriosis and
hemorrhagic colitis become foodborne
diseases?", Dairy Food and Environmental
Sanitation 15 (1995) 674–677.
[20] M. Groß: "Bedrohlich schnelle Ausbreitung
von Antibiotika-Resistenzen", Spektrum
der Wissenschaft, Dossier Seuchen (1997)
108–109.
[21] Vergleiche auch M. Schweigkofler,
R. Niessner: Environmental Science
and Technology 33 (1999) 3680–3685.
(Eingegangen am 14. Februar 2000; MOS)

Armin Reller*, Michael Braungart, Jens Soth und Ole von Uexküll
Silicone – eine vollsynthetische Materialklasse macht Geschichte(n)
GAIA 9/1 (2000) 13–24
Abstract: Silicones are fully synthetic chemical compounds. Owing to their outstanding
properties like chemical inertness, thermal stability, and versatile utilizability they became more
and more integrated components of everyday products, be it food, garments, cosmetics,
contact lenses, building materials or cars. Here the story of the silicones is presented. It is not
only a historical synopsis of how they have been invented, improved and used. It is rather an
attempt to describe the relevance of a class of materials designed for enormously widespread
ways of utilization, that is to say of manifold practical functions. The reality, however,
elucidates that the intrinsic properties of the silicones may also fulfil unexpected functions
when exposed to unplanned conditions: In gas motors fuelled by biogas collected in
communal waste disposal systems, glassy deposits were found in the cylinders. In some cases
the motors were destroyed. The source for this solid deposits are volatile silicones (i.e.,
siloxanes) from everyday utilizations. Obviously the materials make their own history. This fact
is neither beneficial for a sustainable development nor advantageous for the risk-diminishing
implementation of high-tech materials. Possibilities how to cope with these problems are
outlined. The importance of the perception of so-called "Stoffgeschichten", by which is meant
the partly fatal cradle-to-grave history of a man-made range of useful materials is emphasized
and exemplified by the silicones.
Keywords: cycles of matter, functional materials, silicones, "Stoffgeschichten",
sustainable production and utilization
*Postal address: Prof. Dr. A. Reller
Lehrstuhl für Festkörperchemie, Universität Augsburg
Universitätsstraße 1, D-86159 Augsburg (Deutschland)
E-Mail: armin.reller@physik.uni-augsburg.de