Gefahrstoffe ersetzen –
Substitution, Ersatzstoffe & technische Alternativen
Die GIO-CHEM Substitution Library ist eine chemisch-technische Wissensplattform für Unternehmen, die Gefahrstoffe, CMR-Stoffe, kritische Lösemittel oder andere problematische Chemikalien ersetzen möchten. Im Mittelpunkt steht nicht der bloße Austausch eines Stoffes gegen einen anderen. Eine erfolgreiche Gefahrstoffsubstitution muss die Funktion einer Chemikalie innerhalb des jeweiligen industriellen Prozesses berücksichtigen.
Lösevermögen, Reaktivität, Verdunstungsverhalten, Materialverträglichkeit, Viskosität, Prozessbedingungen, Arbeitsschutz, Umweltwirkungen, Rohstoffverfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit können darüber entscheiden, ob ein Ersatzstoff tatsächlich eine technisch belastbare Alternative darstellt.
Gefahrstoffe substituieren – was bedeutet Stoffsubstitution?
Unter der Substitution von Gefahrstoffen wird vereinfacht der Ersatz eines gefährlichen Stoffes, Gemisches oder Verfahrens durch eine Alternative verstanden, die unter den jeweiligen Einsatzbedingungen zu einer geringeren Gefährdung führt.
In der industriellen Praxis ist dies häufig wesentlich komplexer als ein einfacher Rohstoffwechsel. Viele Chemikalien erfüllen mehrere Funktionen gleichzeitig. Ein Lösemittel kann beispielsweise nicht nur für die eigentliche Lösewirkung verantwortlich sein, sondern gleichzeitig Benetzung, Penetration, Viskosität, Verdunstungsgeschwindigkeit, Trocknung oder Stabilität eines Systems beeinflussen.
Wird lediglich nach einem Stoff mit ähnlicher chemischer Struktur oder einem günstigeren Gefahrenprofil gesucht, kann die Alternative im realen Prozess technisch versagen. Eine belastbare Stoffsubstitution betrachtet deshalb Gefahrstoffprofil und technische Funktion gemeinsam.
Substitutionsprüfung nach Gefahrstoffverordnung und TRGS 600
Die Prüfung möglicher Substitutionslösungen ist ein zentraler Bestandteil des betrieblichen Gefahrstoffmanagements. Die Gefahrstoffverordnung berücksichtigt im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung ausdrücklich die Möglichkeiten einer Substitution. Das Ergebnis der Prüfung auf Substitutionsmöglichkeiten ist zu dokumentieren. Auf Grundlage des Ergebnisses der Substitutionsprüfung ist eine Substitution vorrangig durchzuführen. Gefahrstoffe oder Verfahren sind durch Stoffe, Gemische, Erzeugnisse oder Verfahren zu ersetzen, die unter den jeweiligen Verwendungsbedingungen für Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten nicht oder weniger gefährlich sind.
Die TRGS 600 „Substitution“ konkretisiert das systematische Vorgehen bei der Ermittlung und Bewertung möglicher Substitutionslösungen.
Für Unternehmen bedeutet das:
Eine Substitutionsprüfung sollte nicht bei der Frage enden, ob ein alternativer Rohstoff verfügbar ist. Entscheidend ist, ob dieser Stoff oder das alternative Verfahren die Gefährdung insgesamt reduziert und gleichzeitig unter den konkreten technischen Einsatzbedingungen funktioniert.
Was ist eine Ersatzstoffprüfung?
Der Begriff Ersatzstoffprüfung wird in der betrieblichen Praxis häufig für die Untersuchung möglicher Alternativen zu einem bestehenden Gefahrstoff verwendet. Eine technisch fundierte Ersatzstoffprüfung sollte daher mehrere Ebenen zusammenführen: das Gefahrenprofil des Ausgangsstoffes, mögliche Ersatzstoffe, Expositionsbedingungen, technische Eigenschaften, Materialverträglichkeit, Prozessparameter sowie wirtschaftliche und beschaffungsbezogene Rahmenbedingungen.
Ein vermeintlich ungefährlicherer Ersatzstoff ist nicht automatisch die bessere Lösung, wenn dadurch beispielsweise deutlich höhere Einsatzmengen erforderlich werden, neue Expositionen entstehen, die Materialverträglichkeit verschlechtert wird oder der Prozess technisch instabil wird.
Welche Gefahrstoffe und kritischen Chemikalien können substituiert werden?
Substitutionsprojekte können grundsätzlich sehr unterschiedliche Stoffe und Stoffgruppen betreffen. Besonders relevant sind CMR-Stoffe, also krebserzeugende, keimzellmutagene oder reproduktionstoxische Chemikalien, sowie besonders besorgniserregende Stoffe, regulatorisch kritische Rohstoffe, problematische organische Lösemittel, halogenierte Lösemittel und Chemikalien mit ungünstigem Expositions- oder Umweltprofil.
Auch Rohstoffe, deren zukünftige regulatorische Verwendung, Verfügbarkeit oder wirtschaftliche Beschaffung unsicher ist, können frühzeitig Gegenstand einer Substitutionsstrategie werden.
Darüber hinaus gewinnen Stoffgruppen wie PFAS zunehmend Bedeutung. Für zahlreiche industrielle Anwendungen stellt sich deshalb bereits heute die Frage, wie sich PFAS ersetzen und fluorfreie Alternativen entwickeln lassen.
CMR-Stoffe ersetzen – technische Funktion erhalten
Die Substitution von CMR-Stoffen stellt besondere Anforderungen an industrielle Anwender. Ein Ersatzstoff muss nicht nur ein günstigeres Gefahrenprofil besitzen. Gleichzeitig müssen die Eigenschaften erhalten bleiben, wegen derer der bisherige Stoff überhaupt eingesetzt wurde. Bei Lösemitteln können beispielsweise Polarität, Hansen-Löslichkeitsparameter, Siedebereich, Dampfdruck, Flammpunkt, Mischbarkeit, Penetrationsverhalten und Wechselwirkungen mit Polymeren relevant sein.
Bei Prozesschemikalien können zusätzlich Reaktivität, Selektivität, Stabilität oder das Verhalten gegenüber nachfolgenden Prozessschritten entscheidend sein. Deshalb ist die Substitution eines CMR-Stoffes häufig keine reine Einkaufsentscheidung, sondern eine chemisch-technische Entwicklungsaufgabe.
Weitere Hintergründe zu regulatorischen, technischen und anwendungsbezogenen Aspekten finden Sie in unserem Fachbeitrag zur Substitution von CMR-Stoffen.
Lösemittel ersetzen und alternative Lösemittelsysteme entwickeln
Die Substitution industrieller Lösemittel gehört zu den anspruchsvollsten Bereichen der Gefahrstoffsubstitution. Lösemittel werden unter anderem bei Reinigung, Entfettung, Beschichtung, Entlackung, Extraktion, Polymerverarbeitung, chemischer Synthese, Formulierung sowie in Lacken, Klebstoffen und Spezialreinigern eingesetzt. Ein alternatives Lösemittel muss dabei meist mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllen.
Hohe Lösekraft allein reicht nicht aus. Ebenso relevant können Verdunstungsgeschwindigkeit, Flammpunkt, Wasserlöslichkeit, Rückstandsverhalten, Geruch, Materialverträglichkeit, Prozesszeit und Arbeitsschutz sein. Deshalb besteht eine technisch geeignete Lösung häufig nicht aus einem einzelnen Ersatzstoff. Stattdessen können mehrere Komponenten gezielt miteinander kombiniert werden, um ein neues Lösemittelsystem mit definiertem Eigenschaftsprofil zu entwickeln.
Neben der Substitution kann bei geeigneten industriellen Stoffströmen auch die Aufbereitung und Rückgewinnung von Lösemitteln eine Möglichkeit darstellen, Rohstoffe effizienter einzusetzen.
GIO-CHEM Substitution Library – Alternativen zu kritischen Chemikalien
In der GIO-CHEM Substitution Library betrachten wir ausgewählte Chemikalien und Stoffgruppen einzeln. Jeder Eintrag untersucht, warum ein Stoff industriell eingesetzt wird, weshalb seine Substitution relevant sein kann, welche Eigenschaften bei der Auswahl möglicher Ersatzstoffe berücksichtigt werden müssen und welche technischen Alternativen grundsätzlich infrage kommen.
Alternativen zu kritischen Chemikalien und CMR-Stoffen
Gefahrstoffe ersetzen: Die Funktion ist wichtiger als die chemische Ähnlichkeit
Eine der wichtigsten Grundregeln einer erfolgreichen Stoffsubstitution lautet:
Nicht die Chemikalie selbst muss reproduziert werden – sondern ihre technische Funktion.
Die Suche ausschließlich nach strukturell ähnlichen Ersatzstoffen kann zu Lösungen führen, die zwar chemisch naheliegend erscheinen, aber entweder technisch nicht funktionieren oder vergleichbare neue Risiken mit sich bringen. Ein funktionaler Substitutionsansatz eröffnet wesentlich mehr Möglichkeiten. Statt ausschließlich zu fragen, welcher Einzelstoff beispielsweise NMP, DMAC oder Dichlormethan ersetzen kann, sollte untersucht werden, welche Eigenschaften der Ausgangsstoff im konkreten Prozess bereitstellt.
Erst daraus lässt sich ein technisches Anforderungsprofil für mögliche Alternativen entwickeln.
Welche Kriterien entscheiden über einen geeigneten Ersatzstoff?
Bei einer professionellen Substitutionsprüfung sollten insbesondere Gefahrstoffeigenschaften und Exposition, technische Leistungsfähigkeit, Materialverträglichkeit, physikalisch-chemische Eigenschaften, Prozessbedingungen, Umweltprofil, regulatorische Perspektive, Rohstoffverfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit gemeinsam betrachtet werden.
Bei industriellen Lösemitteln können beispielsweise Lösekraft, Polarität, Siedepunkt, Dampfdruck, Flammpunkt, Viskosität und Mischbarkeit ausschlaggebend sein. Gleichzeitig müssen mögliche Auswirkungen auf Metalle, Kunststoffe, Elastomere, Dichtungen, Lacke oder Beschichtungen geprüft werden. Die wirtschaftliche Betrachtung sollte ebenfalls nicht beim Kilogrammpreis enden.
Verbrauch, Konzentration, Prozessdauer, Produktivität, Entsorgung, Anlagenanpassungen und erforderliche Schutzmaßnahmen können einen erheblichen Einfluss auf die tatsächlichen Gesamtkosten einer Substitutionslösung haben.
Warum ein 1:1-Ersatz häufig nicht funktioniert
Viele etablierte Industriechemikalien werden gerade deshalb verwendet, weil sie ein ungewöhnlich breites oder schwer reproduzierbares Eigenschaftsprofil besitzen.
Wird ein solcher Stoff durch eine einzelne andere Chemikalie ersetzt, kann beispielsweise die Löseleistung erhalten bleiben, während sich Verdunstung, Viskosität oder Materialverträglichkeit deutlich verändern.
In solchen Fällen kann die Reformulierung eines vollständigen Stoffsystems technisch sinnvoller sein als die Suche nach einem direkten 1:1-Ersatz. GIO-CHEM verbindet diese Aufgabenstellung mit kundenspezifischer Produkt- und Formulierungsentwicklung. Durch die Kombination verschiedener Komponenten können Eigenschaften wie Lösevermögen, Polarität, Penetration, Verdunstung, Viskosität und Materialverträglichkeit gezielt aufeinander abgestimmt werden.
Regrettable Substitution vermeiden
Bei der Substitution von Gefahrstoffen muss auch vermieden werden, dass ein problematischer Stoff lediglich durch eine Alternative mit ähnlichen oder neuen problematischen Eigenschaften ersetzt wird. Dieses Phänomen wird häufig als regrettable substitution bezeichnet.
Besonders bei chemisch eng verwandten Stoffen sollte deshalb geprüft werden, ob durch den Austausch tatsächlich eine Verbesserung erreicht wird. Eine langfristig tragfähige Substitutionsstrategie betrachtet daher nicht ausschließlich die aktuelle Einstufung eines Ersatzstoffes, sondern auch Exposition, Umweltprofil, technische Funktion, regulatorische Entwicklung und alternative Lösungswege.
Von der Substitutionsprüfung zur technisch belastbaren Lösung
Eine systematische Substitution beginnt mit der Analyse der bestehenden Anwendung.
Zunächst muss verstanden werden, welche Aufgabe die bisherige Chemikalie erfüllt und welche Eigenschaften zwingend erhalten bleiben müssen. Darauf folgt die Definition eines technischen Anforderungsprofils. Anschließend können geeignete Ersatzstoffe, Stoffklassen, Rohstoffkombinationen oder alternative Verfahren recherchiert und miteinander verglichen werden. Vielversprechende Alternativen sollten danach unter anwendungsnahen Bedingungen untersucht werden. Erst wenn technische Leistung, Materialverträglichkeit, Prozessfähigkeit und weitere relevante Kriterien bestätigt sind, lässt sich beurteilen, ob aus einer theoretischen Alternative tatsächlich eine industriell nutzbare Substitutionslösung werden kann.
Chemisch-technischer Außendienst – Substitution direkt beim Kunden begleiten
Eine Gefahrstoffsubstitution lässt sich nicht immer am Schreibtisch oder allein anhand von Sicherheitsdatenblättern und Laborergebnissen lösen.
Ob ein Ersatzstoff oder ein neu entwickeltes Stoffsystem tatsächlich funktioniert, entscheidet sich häufig erst unter den realen Bedingungen der jeweiligen industriellen Anwendung.
GIO-CHEM verfügt deshalb über einen eigenen chemisch-technischen Außendienst.
Unsere Außendienstmitarbeiter unterstützen Industrieunternehmen direkt vor Ort, analysieren gemeinsam mit den verantwortlichen Mitarbeitern die bestehende Anwendung und können Anwendungs- und Substitutionsversuche im Betrieb begleiten. Dabei können reale Prozessparameter wie Temperatur, Konzentration, Dosierung, Einwirkzeit, Applikationsverfahren, Materialkombinationen, Trocknungsverhalten, Rückstände oder nachfolgende Prozessschritte unmittelbar berücksichtigt werden. Damit endet die Unterstützung nicht bei der Empfehlung eines Ersatzstoffes.
Von der Laboralternative zum realen Produktionsprozess
Zeigt sich beispielsweise während eines Anwendungstests, dass eine Alternative zwar ausreichende Löseleistung besitzt, aber zu langsam verdunstet, bestimmte Werkstoffe angreift, unerwünschte Rückstände hinterlässt oder nicht in den bestehenden Produktionsablauf passt, können diese Erkenntnisse unmittelbar in die weitere Formulierungsentwicklung einfließen.
So kann aus einer theoretisch geeigneten Alternative schrittweise eine auf den tatsächlichen Produktionsprozess abgestimmte Substitutionslösung entstehen.
Gerade bei anspruchsvollen chemischen Anwendungen kann diese Verbindung aus Rohstoffwissen, Formulierungsentwicklung und praktischer Vor-Ort-Begleitung entscheidend sein.
Stoffsubstitution und Reformulierung mit GIO-CHEM
Die Substitution Library stellt öffentlich zugängliches Fachwissen über kritische Chemikalien, Ersatzstoffe und Substitutionsstrategien bereit. Unternehmensspezifische Aufgabenstellungen benötigen dagegen häufig eine individuelle Analyse.
GIO-CHEM unterstützt Industrieunternehmen bei der Stoffsubstitution und Reformulierung bestehender chemischer Anwendungen – von der Analyse des Ausgangssystems und dem Screening möglicher Alternativen über Formulierungsentwicklung und Anwendungstests bis zur technischen Optimierung und Umsetzung.
Dabei können sowohl einzelne Ersatzstoffe als auch vollständig neue Mehrkomponenten-Systeme entwickelt werden.
→ Stoffsubstitution und Reformulierung für industrielle Anwendungen
Häufige Fragen zum Ersetzen und Substituieren von Gefahrstoffen
Was bedeutet Gefahrstoffsubstitution?
Gefahrstoffsubstitution bezeichnet den Ersatz eines gefährlichen Stoffes, Gemisches oder Verfahrens durch eine Lösung, die unter den jeweiligen Einsatzbedingungen zu einer geringeren Gefährdung führt. Dabei sollten neben dem Gefahrenprofil auch Exposition, technische Funktion und reale Prozessbedingungen berücksichtigt werden.
Was ist eine Substitutionsprüfung?
Bei einer Substitutionsprüfung wird untersucht, ob ein eingesetzter Gefahrstoff oder ein gefährliches Verfahren durch eine weniger gefährliche Alternative ersetzt werden kann. Die Prüfung von Substitutionsmöglichkeiten ist Bestandteil der Gefährdungsbeurteilung beim Umgang mit Gefahrstoffen.
Was ist eine Ersatzstoffprüfung?
Bei einer Ersatzstoffprüfung werden mögliche Alternativen zu einem bestehenden Gefahrstoff untersucht und hinsichtlich Gefährdung, technischer Eignung und Einsatzbedingungen miteinander verglichen. Im industriellen Umfeld spielen zusätzlich Materialverträglichkeit, Prozessfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Rohstoffverfügbarkeit eine wichtige Rolle.
Welche Bedeutung hat die TRGS 600 für die Substitution?
Die TRGS 600 „Substitution“ konkretisiert das Vorgehen zur Ermittlung und Beurteilung von Substitutionsmöglichkeiten für Gefahrstoffe. Ziel ist es, Lösungen zu identifizieren, durch die Gefährdungen insgesamt reduziert werden können.
Müssen Gefahrstoffe ersetzt werden?
Auf Grundlage des Ergebnisses der Substitutionsprüfung ist eine Substitution vorrangig durchzuführen. Gefahrstoffe oder Verfahren sind durch Stoffe, Gemische, Erzeugnisse oder Verfahren zu ersetzen, die unter den jeweiligen Verwendungsbedingungen für Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten nicht oder weniger gefährlich sind.
Können CMR-Stoffe durch weniger kritische Chemikalien ersetzt werden?
Je nach Anwendung können für CMR-Stoffe weniger problematische Rohstoffe, Stoffkombinationen oder alternative Verfahren infrage kommen. Einen universellen Ersatz gibt es jedoch häufig nicht. Entscheidend ist die jeweilige technische Funktion des Ausgangsstoffes.
Können industrielle Lösemittel substituiert werden?
Ja. Für zahlreiche Lösemittel können alternative Einzelstoffe, Lösemittelgemische oder veränderte Prozesse geprüft werden. Bei der Auswahl müssen unter anderem Lösevermögen, Polarität, Verdunstung, Flammpunkt, Materialverträglichkeit und Prozessbedingungen berücksichtigt werden.
Gibt es für jeden Gefahrstoff einen direkten 1:1-Ersatz?
Nein. Viele Industriechemikalien erfüllen mehrere technische Funktionen gleichzeitig. Deshalb kann eine Reformulierung aus mehreren Komponenten oder eine Veränderung des Prozesses die technisch bessere Alternative zu einem direkten 1:1-Ersatz sein.
Ist ein biobasierter Rohstoff automatisch ungefährlicher?
Nein. Die Bezeichnung „biobasiert“ beschreibt die Herkunft eines Rohstoffes, nicht automatisch dessen toxikologische oder arbeitsschutzrechtliche Eigenschaften. Auch biobasierte Stoffe müssen hinsichtlich Gefahrenprofil, Exposition, Umweltverhalten und technischer Eignung beurteilt werden.
Unterstützt GIO-CHEM bei Substitutionsversuchen direkt vor Ort?
Ja. GIO-CHEM verfügt über einen eigenen chemisch-technischen Außendienst, der Kunden bei Bedarf direkt im Unternehmen unterstützt. Bestehende Anwendungen können gemeinsam analysiert und Versuche mit möglichen Ersatzstoffen oder neu entwickelten Stoffsystemen unter realen beziehungsweise praxisnahen Bedingungen begleitet werden.
Das ist insbesondere sinnvoll, wenn Faktoren wie Temperatur, Dosierung, Einwirkzeit, Materialverträglichkeit, Verdunstungsverhalten oder konkrete Produktionsabläufe über den Erfolg einer Substitution entscheiden.
Entwickelt GIO-CHEM auch individuelle Ersatzrezepturen?
Ja. Wenn kein geeigneter Einzelstoff verfügbar ist, können neue Formulierungen beziehungsweise Mehrkomponenten-Systeme entwickelt werden, deren Eigenschaften gezielt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden.
Fachwissen zur Gefahrstoffsubstitution
Für die fachliche Bewertung von Gefahrstoffen und möglichen Substitutionslösungen sollten insbesondere aktuelle Informationen und Regelwerke offizieller Stellen berücksichtigt werden.
Zu den relevanten Quellen gehören unter anderem die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV), die TRGS 600 „Substitution“ der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) sowie Informationen der European Chemicals Agency (ECHA) zu besonders besorgniserregenden Stoffen, regulatorischen Anforderungen und möglichen Alternativen.
Die GIO-CHEM Substitution Library ergänzt diese regulatorischen Informationen um die chemisch-technische Perspektive der industriellen Anwendung.
Gefahrstoffe ersetzen – von der Recherche bis zur praktischen Anwendung
Eine erfolgreiche Substitution endet nicht mit der Identifikation eines weniger kritischen Stoffes. Entscheidend ist, ob die Alternative unter realen Bedingungen sicher, technisch leistungsfähig, materialverträglich, wirtschaftlich und dauerhaft verfügbar ist.
GIO-CHEM verbindet deshalb chemisch-technisches Rohstoffwissen, Formulierungsentwicklung, anwendungstechnische Prüfung und persönliche Vor-Ort-Unterstützung.
Sie möchten einen kritischen Gefahrstoff, ein problematisches Lösemittel oder einen anderen Rohstoff ersetzen?
Informieren Sie sich in unserer Substitution Library über mögliche Alternativen oder sprechen Sie mit uns über Ihre konkrete Anwendung.
→ Stoffsubstitution & Reformulierung mit GIO-CHEM