12.11.2013
ForschungUmwelt

Nachhaltigkeit in Tierhaltung und Zellkultur

  • Abb. 1: Zentrale IVC Anbindung in der VersuchstierhaltungAbb. 1: Zentrale IVC Anbindung in der Versuchstierhaltung
  • Abb. 1: Zentrale IVC Anbindung in der Versuchstierhaltung
  • Abb. 2: Sicherheitswerkbank für die Zellkultur

Es ist eine banale Erkenntnis, dass der schnellste Mann Sieger des Hundertmeterfinals bei der Olympiade ist. Prinzipiell hat diese Erkenntnis auch bei der Bewertung der Nachhaltigkeit von Methoden, Prozessen und Produkten im Ansatz Gültigkeit. Das heißt, es gibt durchaus eine anerkannte, weitgehend quantitative Methodik, Nachhaltigkeit zu bewerten, die im Ergebnis geeignet ist, ein Ranking zu generieren, die sehr Guten von den weniger Guten zu unterscheiden und damit einen (den) Beitrag für eine nachhaltige Zukunft zu leisten.

Der Ansatz ist generell nutzbar für Bauten, Geräte, Produktion oder allgemeines Verhalten als wirtschaftendes Subjekt. Infolge der Interdisziplinarität der Nachhaltigkeit reicht allerdings die Messung einer einzelnen physikalischen Größe, wie bei unserem Hundertmeterläufer die Zeit, für die Bewertung nicht aus.

Für die Nachhaltigkeit werden Kriterien aus den Bereichen der ökonomischen und ökologischen Qualität sowie Humanfaktoren begleitet von technischer und Prozess-Qualität betrachtet. Entscheidend für die Bewertung war, diese Kriterien in eine systemische Balance zu bringen. Durch diese Balance sind die Bewertungskriterien mittlerweile auf nationaler und internationaler Ebene anerkannt. Dadurch wird Nachhaltigkeit messbar und so verhindert, dass Verbraucher und Öffentlichkeit getäuscht werden oder Partikularinteressen und Marketingstrategien den Begriff missbrauchen [1].

Ziele
Nachhaltigkeit ist alternativlos. Jede Art des Agierens als wirtschaftendem und privatem Subjekt beeinflusst den Grad der Nachhaltigkeit und damit die Qualität des menschlichen Umfelds und der Umwelt. Es wird von allen Verantwortlichen in der Forschung erwartet, Produkte, Substanzen, Verfahren und Prozesse zu entwickeln, die im obigen Sinne nachhaltig sind. Somit ergibt sich die Forderung, das Umfeld der Forschung ebenfalls unter das Diktat der Nachhaltigkeit zu stellen, zumal für weite Bereiche unseres täglichen Lebens und der von uns genutzten Güter der Durchlauf in Laboratorien hinsichtlich Forschung und Analytik gegeben ist. Die Balance der Säulen Ökonomie, Ökologie und Humanfaktoren (auch: sozio-kulturelle Aspekte) stellt eine Versöhnung des rein ökologischen (grünen) Ansatzes mit dem Zwang zur Wirtschaftlichkeit und den individuellen Anforderungen des Menschen dar.

Unternehmen werden in Zukunft nur erfolgreich sein, wenn sie sich der Nachhaltigkeit verpflichten. Um diese Nachhaltigkeit zu verifizieren bedarf es transparenter, repetitiver Bewertungsmethoden, wie sie z. B. durch Egnaton, CERT, DGNB oder BNB formuliert werden.

Forschungsumfeld
Unsere Gesellschaft hat in noch unerklärter Einmütigkeit die Nachhaltigkeit zum Ziel der zukünftigen Entwicklung gemacht. Wir können in der Forschungslandschaft anhaltend eine deutliche Ausweitung von Life Science-Bereichen feststellen. Der Mensch steht zunehmend im Mittelpunkt der Forschung. Neurodegenerative Erkrankungen verlangen nach Wirkstoffen und Behandlungsmethoden, demographische Veränderungen beeinflussen die Forschungsziele. In der Folge werden Forschungen an Zellkulturen und lebenden Tieren immer wichtiger. Ein wichtiger Beitrag für die Nachhaltigkeit ist die Substitution der Tierversuche durch Zellkulturexperimente. Ein völliger Verzicht auf Tierversuche ist jedoch derzeit nicht möglich, da gesetzliche Zulassungstests den Tierversuch fordern. Teilweise können auch notwendige Erkenntnisse nur an lebenden Tieren gewonnen werden. Optimale und standardisierte Haltungsbedingungen für die Tiere sind die wichtigsten Ziele in der Versuchstierhaltung, da sie das Wohlbefinden der Tiere garantieren und zur Reduktion von Tierversuchen beitragen. Die sich daraus ergebenden hohen technischen Anforderungen und die sehr hohen Energieverbräuche sowie die Aufwendungen für die Sicherheitsstandards sind jedoch nur im ersten Moment ein Widerspruch zur Nachhaltigkeit.

In Deutschland wurde mit den DGNB und BNB-Steckbriefen für Nachhaltige Laborgebäude ein Zertifizierungssystem geschaffen, dass die Umsetzung der Nachhaltigkeit bewertet und nicht Forschungsrichtungen wegen des Energieverbrauchs bestraft. Dazu erfolgt eine ganzheitliche Betrachtung des Forschungsgebäudes: Die Anforderungen aus der Forschungsarbeit oder dem Prüfauftrag liefert im Betriebskonzept die Grundlage für das neue Laborgebäude. Im Sicherheitskonzept werden die Notwendigkeiten für Mensch und Tier definiert. Die Bewertung der Nachhaltigkeit betrachtet die Verbesserung der Umsetzung für diese spezielle Aufgabe. Als Referenz dient ein virtuelles Laborgebäude, in dem die Anforderungen mit Standardtechnik umgesetzt werden. Diese Systematik ermöglicht die Zertifizierung aller Laborgebäude, egal ob es sich um ein Biologie-, Chemie oder Physiklabor, einen Reinraumbereich oder eine Tierhaltung handelt.

Beispiele im Labor
In einem Zellkulturlabor ist es sicherlich nicht nachhaltig die Luftmenge zu erhöhen, um die Wärmelasten ab zu führen. Ein nachhaltiger Ansatz ist die Integration eines Kühlers in die Sicherheitswerkbank, wodurch der Raum ohne Kontaminationsrisiko gekühlt werden kann. Eine Alternative kann die Beschaffung neuer Geräte mit deutlich niedrigeren Wärmelasten sein. Zusätzlich kann durch eine Gefährdungsbeurteilung eine Reduktion des Luftwechsels im Zellkulturlabor erfolgen. Allgemein gilt: Die wirksame Luftführung im Labor ist wichtiger als die Luftmenge.

In Tierhaltungen werden hohe Luftmengen mit Vollklima, d. h. geregelte Kühlungsowie Be- und Entfeuchtung benötigt. Das Wohl der Tiere ist gemäß Tierschutzanforderungen das oberste Gebot und muss gewährleistet werden. Mit Strömungssimulationen kann man aufzeigen, dass durch die Planung der richtigen Luftführung die Effektivität der Lüftung und das Wohlbefinden der Tiere auch mit einem geringeren Luftwechsel deutlich zu verbessern ist.

In der Kleintierhaltung haben sich direkt belüftete Käfigsysteme (IVC-Systeme) aus hygienischen Gründen und zum Allergenschutz der Mitarbeiter als Standard etabliert. IVC-Systeme werden üblicherweise mit Lüftereinheiten betrieben. Diese Einheiten saugen die Luft aus dem Raum an und die Abluft der Lüftereinheiten wird über Zugunterbrechung ins Abluftsystem geführt. Im Raum wird ein ca. 12-facher Luftwechsel verwendet. Im Gegensatz zur offenen Käfighaltung mit einem ca. 15 - 20 fachen Luftwechsel ist das eine Reduktion der Luftmenge, wobei die Versorgung der Tiere durch die direktbelüfteten Käfige erheblich verbessert ist. Die gesamte Raumluft muss bei dieser klassischen IVC-Lüftung mit geringen Toleranzen (Temperatur +/- 2 °C und relative Feuchte 55 % +/- 5 %) vollklimatisiert sein. In der Systemvariante mit einer Direktanbindung der IVC-Racks an eine zentrale Zu- und Abluftanlage ohne die Verwendung von lokalen Lüftereinheiten ist nur für diese direkte Anbindung eine Lüftungsanlage mit Vollklimaanlage mit der sehr hohen Regelgenauigkeit erforderlich. Die Raumlüftung kann bezüglich der Temperatur eine größere Toleranz von +/- 3 °C aufweisen und für die Feuchteregelung ist sogar ein Toleranzbereich von 30 - 80 % rel. Feuchte möglich. Zusätzlich kann der Luftwechsel im Raum Temperatur-geführt (Fühler in der Abluft) werden, wodurch z. B. in der Nacht eine Absenkung des Raumluftwechsels auf 4-fach möglich wird. Die größte Energieeinsparung ergibt sich jedoch durch die Reduktion der Luftbefeuchtung. Mit dieser Variante können mehr als 60 % der Primärenergie eingespart werden. Die Direktanbindung der IVC-Racks sichert ein konstanteres Klima im Käfig, da sich Einflüsse aus dem Haltungsraum nicht auf das Käfigklima auswirken.

Die zwei Beispiele zeigen, dass durch technische Varianten ohne Mehrkosten und bei besserer Versorgung der Tiere die Energieverbräche deutlich gesenkt werden können. Nachhaltige Ansätze, die ausgewogen die Ökologie, die Ökonomie und das Wohlbefinden der Tiere sowie die technische Qualität betrachten, verbessern die Arbeitsbedingungen der Menschen und senken die Betriebskosten.

Für eine bessere Zukunft ist die Mitarbeit der Bauher-Abb. 2: Sicherheitswerkbank für die Zellkulturren, Planer und Betreiber gefordert. Viele kleine Schritte und das stete Bemühen zur Verbesserung schaffen nachhaltige Gebäude, die den Nutzern optimale und lebenswerte Arbeitsbedingungen liefert und energieoptimiert betrieben werden können.

Literatur
[1] Dittrich E.: Handbuch für nachhaltige Laboratorien, Egnatone.V. und DGNB e.V. Web Sites

 

Autor(en)

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Europäische Gesellschaft für Nachhaltige Labortechnologien e.V., Egnaton
Mühltalstr. 61
64625 Bensheim
Deutschland
Telefon: +49 (0)6251/704720
Telefax: +49 (0)6251/7047220

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