Discussion of risks of platinum resources based on a function orientated criticality assessment - shown by cytostatic drugs and automotive catalytic converters

Abstract

Purpose

The purpose of the study is the enhancement of criticality assessments for resources in order to address function specific factors like dissipation, recycling, bio-activity and toxicity. The developed methodology is applied to platinum-containing cytostatic drugs and automotive catalytic converters.

Methods

The study is methodically based on an analysis of resource specific factors like exploration rates, reserves-to-production ratio and regional distribution of exploration areas as well as on the investigation of product/functional depending factors like recycling rates, dissipation rates, bio-diversity and toxicity. Taking into account that economic and ecological risks may occur at any stage of the supply, consumption and dissipation processes, the whole life cycles of the two analyzed products (cytostatic drugs and automotive catalytic converters) are considered. As an approach to reduce potential economic and ecological risks the study is especially focused on recycling strategies.

Background

In order to get a better understanding of platinum as an essential resource for the development of our society the history and the cultural impact of the term "resource" are introduced.

Results & Discussion

The availability of platinum is crucial for several products of our modern society. Areas of application are e.g. jewellery, automotive catalytic converters, investments (coins, bars), computers, mobile devices, fertilizers and cytostatic drugs. Economic risks are caused by limited sources and dynamic demand of new application areas like fuel cells and drugs. Platinum-containing drugs are used for the treatment of several kinds of cancer such as testicular, breast, colon and prostate. Currently the pharmaceutical industry requires 6,9 tons per year (3 percent of the total demand of platinum). Due to the improvement of medical standards and the ageing society, especially in developing countries, the demand of platinum-containing drugs will rise significantly. The dissipation of toxic soluble salts and the lack of advanced waste-water treatment and recycling systems is a problem of the usage of platinum-containing drugs. Compared with cytostatic drugs (14.6 kg/a for Germany) the dissipation of platinum particles of mobile catalytic converters is much higher (5-20 tons/a only in North America, Europe and Japan; 184,2 kg/a in Germany). On the other hand the emission of platinum nano-particles of automotive catalytic converters seems less critical. Furthermore advanced recycling technologies are already available for them.

Conclusions

The evaluation of resources has to consider resource specific and functional depending factors. In order to reduce economic and ecological risks of the dissipation of platinum salts in cytostatic drugs three principle options can be identified: the development of ecologically compatible and cost-effective substitutes, efficient recycling systems and future-oriented sanitary-systems as well as waste-water treatment facilities, which are able to separate platinum salts. Concerning the dissipation of platinum particles of mobile converters relevant research questions are the identification of adequate substitutes as well as the extension of recycling capacities.

Recommendations and perspectives

The study demonstrates a research gap concerning substitutes for automotive catalytic converters as well as for platinum-containing cytostatic drugs. The development and implementation of recycling concepts, technologies and capacities to reuse platinum as a secondary resource is an essential issue. As a consequence the economic and ecological risks can be reduced by increasing the resource efficiency. Special research has to be done concerning the development of future-oriented sanitary-systems and waste-water treatment facilities in order to separate platinum in waste water. Furthermore, if the future demand of new products like fuel cells is considered, a resource conflict concerning the potential functional applications will be evident. In order to address these challenges the criticality assessment has to be enhanced by ethic and social factors.

Zusammenfassung

Ziel

Das Ziel der Studie ist eine Erweiterung des Kritikalitätsassessments für Ressourcen um funktionale Faktoren, wie Dissipation, Recycling, Bioaktivität und Toxizität. Die entwickelte Methode wird beispielhaft auf platinhaltige Zytostatika und Autoabgaskatalysatoren angewendet.

Methode

Die Studie basiert methodisch sowohl auf einer Analyse von ressourcenspezifischen Faktoren, wie statische Reichweiten und regionale Verteilung von Abbaugebieten, als auch auf der Erforschung von produkt- bzw. funktionsabhängigen Faktoren, wie Recyclingraten, Dissipationsraten, Bioaktivität und Toxizität. Berücksichtigt man die ökonomischen und ökologischen Risiken in jeder Phase des Wertschöpfungs-, Konsum- und Dissipationsprozesses, so wird deutlich, dass der gesamte Lebenszyklus der zu untersuchenden Produkte (Zytostatika und Autoabgaskatalysatoren) zu betrachten ist. Besonderes Augenmerk wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit auf Recyclingstrategien zur Reduktion potentieller ökonomischer und ökologischer Risiken gelegt.

Hintergrund

Zur besseren Einordnung der Bedeutung der Ressource Platin als wichtiger Rohstoff für die Entwicklung unserer Gesellschaft wird zunächst die Kulturgeschichte von Platin bzw. von platinhaltigen Produkten diskutiert.

Ergebnisse und Diskussion

Die Verfügbarkeit von Platin ist ausschlaggebend für eine große Anzahl von Produkten unserer modernen Industriegesellschaft. Zentrale Anwendungsgebiete sind die Schmuckindustrie, Autoabgaskatalysatoren, Investments (wie Münzen und Barren), Computer, Handys, Düngemittel und Zytostatika. Die Verwendung der Ressource Platin wirft gleichermaßen ökonomische, soziale und ökologische Fragestellungen auf. Die ökonomischen Risiken beziehen sich dabei in erster Linie auf die begrenzten Vorkommen, verbunden mit der dynamischen Nachfrage von neuen Anwendungsgebieten, wie Brennstoffzellen und Medikamente. Dies führt zwangsläufig auch zu ethischen Fragestellungen des Einsatzes der knappen Ressource Platin. So werden platinhaltige Medikamente etwa bei der Krebsbehandlung eingesetzt. Derzeit werden in der Pharmaindustrie 6,9 t Platin im Jahr benötigt (3 % der weltweiten Platinnachfrage). Einhergehend mit der Verbesserung medizinischer Standards und der alternden Bevölkerung, besonders in Entwicklungsländern, wird die Nachfrage nach platinhaltigen Medikamenten signifikant ansteigen. Auf der anderen Seite ist die Ressource Platin unabdingbar für die Entwicklung von Brennstoffzellen und Abgaskatalysatoren. Aus ökologischer Sicht stellt die Dissipation von Platinpartikeln bzw. toxisch wirkenden Salzen (bei der Verwendung von platinhaltigen Medikamenten) ein Problem dar. Diese hängt prinzipiell von der Funktionalität ab. So ist die Dissipation platinhaltiger Salze als Folge der Verwendung von Zytostatika (14,6 kg/Jahr in Deutschland) im Vergleich mit der Dissipation von Platinpartikeln der Autoabgaskatalysatoren zwar deutlich geringer (5-20 t/Jahr nur in Nordamerika, Europa und Japan; 184,2 kg/Jahr in Deutschland). Andererseits aber erscheint die Emission von Platinnanopartikeln bei Autoabgaskatalysatoren weniger kritisch.

Schlussfolgerung

Ein ressourcenorientiertes Kritikalitätsassessment muss sowohl ressourcenspezifische als auch funktionsspezifische Faktoren umfassen. Aufgrund der begrenzten Vorkommen einerseits und der Bedeutung von Platin als Funktionsträger zukunftsorientierter Produkte andererseits entstehen Interessenskonflikte ökonomischer, sozialer, ethischer und ökologischer Art. Zur Lösung dieser Konflikte stehen zwei prinzipielle Optionen zur Verfügung: die Entwicklung von ökologisch kompatiblen und kosteneffizienten Substituten bzw. der Ausbau von effizienten Recyclingsystemen und Entsorgungssystemen.

Empfehlungen und Perspektiven

Die Studie zeigt einen Forschungsbedarf hinsichtlich der Entwicklung von Platinsubstituten für Autoabgaskatalysatoren und platinhaltigen Zytostatika auf. Darüber hinaus ist die Konzeption und Implementierung von Recyclingkonzepten, Technologien und Kapazitäten essentiell. Eine Erhöhung der Ressourceneffizienz führt zur Reduzierung der ökonomischen und ökologischen Risiken. Bei der Entscheidung bezüglich der Verwendung knapper Ressourcen sind Ressourcenkonflikte zu beachten, die bei einer zukünftigen Nachfrage nach neuen Produkten bzw. deren funktionalen Anwendungen entstehen können, wie sich dies beispielsweise bei platinhaltigen Brennstoffzellen zeigt. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen ist es notwendig, das Kritikalitätsassessment in Zukunft um ethische und soziale Faktoren zu erweitern.