Im 52. #CEresearchNRW Webseminar waren zwei Referentinnen von der Hochschule Ruhr West zu Gast. Prof. Dr. Carole Leguy und Miedia Ali (B.Sc.) brachten viel Hintergrundwissen und spannende Praxisbeispiele über die Umsetzung zirkulärer Strategien in der Medizintechnik mit.
Nach einer kurzen Begrüßung von Paul Szabó-Müller und Prof. Dr. Uwe Handmann der Hochschule Ruhr West und des Prosperkolleg e.V.s. Startete Prof. Leguy mit einer kurzen Vorstellung. Seit 2018 arbeitet sie, als Professorin an der Hochschule Ruhr West am Campus Mülheim. Schon während ihres Bachelors und Masters begeisterte sie sich für Medizintechnik und entschied sich dann auch dazu ihre Promotion in diesem Bereich zu schreiben – mit dem Fokus auf Biomechanik und Ultraschalltechnik. Nach einem kurzen Abstecher in die Weltraumphysiologie und einem Forschungsaufenthalt in Kanada trat sie ihre Professur an der HRW an. Hier steht vor allem die Regulatorik von Medizintechnik in ihrem Fokus. Produkte in der Medizintechnik unterliegen sehr hohen Auflagen. Die extrem hohen Ansprüche, ergeben sich durch den Einsatz am Patienten und unterscheiden die Medizintechnik stark von anderen Branchen, die sich mit dem Thema Circular Economy beschäftigen.
Wie die HRW Nachhaltigkeit und Medizintechnik verbindet
Was nicht bedeutet, dass Nachhaltigkeit kein wichtiger Bestandteil der Medizintechnik ist. Ganz im Gegenteil fokussiert sich der Fachbereich von Prof. Leguy seit Jahren immer stärker auf dieses Thema, da sowohl der Bedarf innerhalb von Unternehmen nach nachhaltigen Produkten und Verfahren steigt, als auch der Bedarf nach gut ausgebildeten Fachkräften wegweisend für die HRW ist. Aufgrund dessen hat sich die HRW entschieden einen Studiengang anzubieten der Medizintechnik und Nachhaltigkeit verbindet. Der Studiengang Nachhaltige Gesundheitstechnologien konnte 2025 erfolgreich akkreditiert werden. Vor allem das Modul „Green Hospital“ greift zahlreiche Themen auf, die für die Circular Economy spannend sind.
Was haben eine Impfung und ein Kindergeburtstag gemeinsam?
Ob Impfung, oder bunt dekorierte Geburtstagstafel, eins verbindet die beiden Situationen: die Nutzung einer Vielzahl von Einwegprodukten. Während man mittlerweile auf Einwegstrohhalme aus Plastik verzichtet und diese sogar offiziell verboten wurden, gibt es in der Medizintechnik immer noch sehr viele Einweg-Plastikprodukte. Seit den sechziger Jahren gab es in der Medizintechnikbranche eine Explosion an Kunststoffprodukten. Zu großen Teilen sind Medizinprodukte bis zu dreimal mit Kunststoff verpackt. Natürlich hat dies auch sehr sinnvolle Gründe. Als wichtigster Grund ist die Einhaltung der Hygienestandards zu nennen. Medizinprodukte werden vom Hersteller sterilisiert und verpackt – der Hersteller ist also dafür verantwortlich, dass ein steriles Produkt z.B. im OP geöffnet wird. Parallel zur immer kostengünstigeren Entwicklung von Kunststoffen, wurden auch Einwegprodukte in der Medizintechnik immer günstiger und ihre Verwendung ist für das medizinische Fachpersonal einfach. Prof. Leguy betonte, dass es nicht das Ziel sei, zur Glas-und-Metall Spritze zurückzukehren, aber dass es viele innovative Lösungen gibt, die ressourcenschonender sind und gleichzeitig heutigen Hygiene-Standards entsprechen.
Was hat Umwelt- und Ressourcenschutz mit unserer Gesundheit zu tun?
Die Gesundheitsbranche hat einen unheimlich großen CO₂-Fußabdruck und trägt sehr stark zur Umweltverschmutzung bei. Eigentlich sollte dieser Sektor Heilung und Gesundheit bringen, aber durch seine Auswirkungen kann er auch krank machen.
Durch die Gründung des One Health Gremiums (https://www.who.int/health-topics/one-health ) wurde offiziell anerkannt, dass es eine Verbindung zwischen menschlicher Gesundheit, Nachhaltigkeit und gesunden Ökosystemen gibt. Dieses international anerkannte Gremium arbeitet an globalen Lösungen und versucht auf die Gesetzgebung einzuwirken. Prof. Leguy betonte, dass auch wenn die USA dieses Gremium verlassen haben, die Anerkennung weiterhin groß ist, dass es eine starke Verbindung zwischen Nachhaltigkeit und Gesundheit gibt. Ob Luftverschmutzung, extreme Hitze, oder auch Wasserverschmutzung und schlechte Ernährung, all diese Probleme, die mit dem Klima zusammenhängen, hängen auch mit der Gesundheit zusammen. So wie auch die Ausbrüche vieler Krankheiten bei denen Erreger von Tieren auf Menschen übertragen wurden (Zoonosen), zeigen, dass gesunde Ökosysteme auch Voraussetzung dafür sind, dass Menschen gesund leben können.
Den CO₂-Ausstoß des Gesundheitssektors drosseln
Im vergangenen April gab es zu dem Thema ein Treffen in Paris in dem Vertreter aus mehr als 80 Ländern nach guten globalen Lösungen suchten. Nachhaltigkeit ist ein Zukunftsfaktor für die Gesundheit der Menschheit. 52 Milliarden t CO₂-Äquivalent kamen durch den Gesundheitssektor weltweit zu Stande. Hiermit ist der Gesundheitssektor die Nummer fünf der Sektoren in Bezug auf Emissionen und repräsentiert 5 % der globalen Emissionen.
Schaut man sich im speziellen an welche Länder den größten Einfluss haben, bilden die USA, China und die EU 75 % der gesamten Emission des Gesundheitssystems ab. Viele Länder haben es schon geschafft, dass bei den Emissionen des Gesundheitssektors zumindest ein Plateau zu erreichen und sodass die Emissionen nicht gekoppelt an die Gesundheitswirtschaft weiter ansteigen.
Scope 1,2,3 in der Gesundheitsbranche – Beispiele aus der Praxis
Beim Scope 1 Emissionen handelt es sich um die Direktemissionen, also direkte Treibhausgasemissionen. Ein prägnantes Beispiel aus der Medizintechnik sind hierfür Inhalatoren: Jeder kennt eine Person, die unter Asthma oder unter einer anderen Atemwegserkrankung wie COPD leidet. Für diese Krankheiten sind kleine Inhalatoren mit Salbutamol und anderen Präparaten lebensrettend. Zunächst wurden diese Inhalatoren mit ozonschädlichen FCKW-Gasen befüllt. Nachdem im Nachgang des Montreal Abkommens Ende der 80er Jahre ozonschädliche Gase in Deutschland verboten wurden, wurden neue Wege gefunden diese Gase in den Inhalatoren zu ersetzen. Das Verbot ozonschädlicher Gase führte dazu, dass sich die Ozonschicht erholen konnte – ein sehr erfolgreiches Beispiel, das negative Entwicklungen nach internationalen Beschlüssen aufgehalten und umgekehrt werden können.
Nachdem die FCKW-Gase verboten wurden, wurden die Inhalatoren stattdessen mit Flourkohlenwasserstoff befüllt. Aus Sicht der Nutzung war das vollkommen unproblematisch, jedoch aus Sicht der Klimaneutralität war dies eine sehr schlechte Entwicklung. Die Nutzung eines Inhalators hat einen Effekt auf die Erderwärmung, die einer 400 km Fahrt mit einem Auto entspricht. Deshalb wurde weiter geforscht, um auch hier einen guten Ersatz zu finden und die ersten Dry Pouder Inhalatoren kamen auf den Markt, diese sind schon eine gute Lösung, jedoch nicht für jeden Patienten, weshalb weiterer Forschungsbedarf auf diesem Gebiet besteht.
Emissionen im Operationssaal
Eine weitere Scoop 1 Emission, auf die Prof. Leguy aufmerksam machte, entsteht im Krankenhaus direkt im Operationssaal: durch Narkosegase. Es stehen unterschiedliche Gase zur Betäubung der Patienten zur Verfügung, die einen ganz unterschiedlichen Einfluss haben. Einen sehr hohen Impact hat z.B. das Mittel Desfluran, weshalb es sinnvoll ist dieses durch ein anderes Gas zu ersetzen. Auf den ersten Blick ist die Menge des Gases in der einzelnen OP minimal, aber wissenschaftliche Berechnungen haben ergeben, wie groß der klimatische Einfluss insgesamt ist. Allein die Umstellung auf andere Gase ist sehr einflussreich. Aber auch neue Geräte bei denen der Gasfluss besser eingestellt werden kann, sind ein weiterer Reduktionsfaktor. Darüber hinaus kommen immer neue Filtersysteme auf den Markt, die eine noch höhere Einsparung der Gase ermöglichen.
Neben all diesen technischen Aspekten darf auch nicht der Anwender aus dem Blick verloren werden. Dr. Leguy betonte, dass in der Berliner Charité allein durch Personalschulungen und Awareness-Kampagnen hohe Einsparungen gemacht werden konnten. In diesem Jahr soll darüber hinaus eine Gesetzgebung für die Nutzung von Desfluran auf den Weg gebracht werden. Diese Entwicklungen zeigen wieder wie Wissenschaft und Industrie gemeinsam positive Entwicklungen bewirken können.
Scope 2 – indirekte Emissionen in der Medizinbranche
Krankenhäuser sind im Dauerbetrieb, 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche –immer einsatzbereit. Darüber hinaus müssen bestimmte Begebenheiten, die für einen guten Ablauf im Krankenhaus nötig sind, zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden. So ist es z.B. notwendig, dass im OP-Saal immer eine niedrige Temperatur herrscht, auch wenn draußen gerade die Sommerhitze brütet. Darüber muss oft gelüftet werden, was viel Energie kostet, aber notwendig ist, um die Keimkonzentration in der Luft zu reduzieren. Betrachtet man zum Beispiel den Energiebedarf des Universitätsklinikums Essen, beläuft sich dieser auf 50.000 Megawatt im Jahr. Natürlich wird auch im Bereich der Scoop 2 Emissionen viel getan, um diese zu senken, zum Beispiel ganz klassisch im Bereich des Gebäudemanagements, ob es die Nutzung erneuerbarer Energien ist, oder der Modus von Geräten. Trotz allem ist die Scoop 2 Emission in der Medizinbranche aktuell sehr hoch.
Direkte Emissionen in der Medizinbranche
Die Scope 3 Emissionen der Medizinbranche sind ein komplexes Feld, da die Materialien, die in einem Krankenhaus genutzt werden, so vielfältig sind. Schaut man auf die medizinischen Produkte ist die Liste schon lang: Rollstühle, Bildgebungsanlagen, Kittel, Spritze, Mundschutz, sind nur einige wenige Beispiele. Aber ein Krankenhaus ist auch je nach Größe vergleichbar mit einer kleinen eigenen Stadt, innerhalb einer Stadt. Sie beinhaltet Wäschereien, Großküchen, Kantinen, Büros, Zimmer zur Übernachtung und Versorgung in verschiedenen Ausstattungsklassen und überall fallen verschiedene Verbrauchsmaterialien und Produkte an. Um die Möglichkeiten der Kreislaufwirtschaft im Bereich der Scope 3 Emissionen zu unterstreichen hatte Prof. Leguy noch ein Fallbeispiel aus ihrer Forschung mitgebracht, welches sie schon vor 5 Jahren umgesetzt hatte, als sie sich das erste Mal damit auseinander setzte zirkuläre Strategien im Gesundheitswesen umzusetzen.
Wie zirkuläre Strategien ein Rehazentrum verändern
Ausgangspunkt der Studie war ein mittelgroßes Rehazentrum für das Prof. Leguy und ihr Team das Ziel hatten zu überlegen, wie am besten Emissionen eingespart werden können. Die Daten ergaben nicht die Möglichkeit eine traditionelle, vollständige LCA umzusetzen, aber durch die vielen Daten, die die Einkaufsabteilung des Rehazentrums den Wissenschaftler*innen bereitstellte, konnte eine sehr ausführliche Analyse gemacht werden.
Eine sehr wichtige Stellschraube in Rehazentren und anderen medizinischen Betrieben im allgemeinen ist das Abfallaufkommen und die damit verknüpften Entsorgungskosten. Während manche Betriebe auch aus Überzeugung versuchen R-Strategien umzusetzen, ist die Müllreduktion ein zirkuläres Ziel, dass sich direkt auch ökonomisch abbilden lässt. Denn Entsorgungsunternehmen wie z.B. Remondis holen den Müll aus den medizinischen Betrieben zwar ab, aber sie lassen sich dafür auch gut bezahlen. Am Anfang des Forschungsprojekts stand eine Analyse welche Produkte am häufigsten gekauft wurden und welche Produkte sich am leichtesten durch Mehrwegprodukte ersetzen lassen. Im Rahmen dieser Analyse kristallisierten sich vier Produkte als besonders sinnvoll heraus, um eine Umstellung von Wegwerfprodukten zu Mehrwegprodukten umzusetzen:
- Medikamentendispenser, die in der Spülmaschine gereinigt werden können
- Mehrweg-Bettschutzunterlagen
- Waschbare Besucherkittel
- Sowie die waschbare Außenhosen für Windelhosen.
Daraufhin erfolgte eine Berechnung wie viel Müll in der Rehaklinik allein durch den Austausch dieser vier Produkte gespart werden konnte. Das Team um Prof. Leguy errechnete ein Einsparpotenzial von 15% des gesamten Müllaufkommens. Mit so einer großen Einsparung hatten sogar die Wissenschaftler*innen nicht gerechnet.
Der Operationssaal als Brennpunkt der Wegwerfmaterialien
Besonders im OP selbst fällt viel Müll an. Prof. Leguy brachte zur Visualisierung hierzu das Video einer niederländischen Künstlerin mit, die mit einem eindrucksvollen aufzeigte, wie viele einzelne Wegwerfprodukte inklusive ihrer Verpackungen während ihrer Brustkrebs-OP zum Einsatz kamen. Diese künstlerische Aufbereitung schaffte den Übergang zum zweiten Teil des Vortrags, in dem die Studentin Miedia Ali die Ergebnisse ihrer Bachelorarbeit vorstellte, in der sie sich mit der Beurteilung von Einweg und Mehrweg-Endoskopen auseinandersetzte.
Einweg und Mehrweg-Endoskope unter der Lupe
Zunächst stellte sich Miedia Ali vor, die nach ihrem Bachelor nun auch ihren Master an der HRW macht. Während ihres Bachelorstudiums war Frau Ali ebenfalls als Werksstudentin bei der Normec Hybeta GmbH, wodurch sie direkt Kontakt zum Thema Aufbereitung von Medizinprodukten hatte. Da das Unternehmen Aufbereitung für Hersteller macht und darüber hinaus Prüfungen in Krankenhäusern, OP-Sälen und AMPs durchführt. AMPs sind Aufbereitungseinheiten in Krankenhäusern, die dafür zuständig sind, medizintechnische Produkte aufzubereiten – das erfolgt nach einer festgelegten Norm, nach der gereinigt und desinfiziert wird, sodass die Produkte im Anschluss wieder sicher und steril in die Anwendung gegeben werden können.
Bei der Suche nach ihrem Bachelorarbeitsthema identifizierte Frau Ali den Bereich der Endoskopie als besonders spannend, denn allein in Bezug auf das Abfallaufkommen gilt die medizinische Endoskopie im Gesundheitssektor als drittgrößter Erzeuger. Darüber hinaus sind die Anwendungsgebiete für medizinische Endoskope sehr unterschiedlich. Ob Gastroskopie, oder Uteruskopie für die Urologie, oder Bronchoskopie im Bereich der Lungenheilkunde, der Einsatz ist sehr divers.
Neben den verschiedenen Einsatzgebieten von Endoskopen gibt es auch in den Produkten selbst Unterschiede: es gibt Einwegprodukte und Mehrwegprodukte und Produkte von denen Komponenten aus Recyclingmaterial bestehen. Einweg ist per Definition etwas, was nach der Anwendung entsorgt wird. Als Einsatzort herrschen im Krankenhaus jedoch besondere Bedingungen, wenn die Sterilität eines Geräts nicht mehr gegeben ist, werden Geräte auch manchmal weggeworfen, bevor sie das 1. Mal angewendet wurden. Bei den Mehrwertprodukten sieht das anders aus, diese können mehrmals sterilisiert werden. Im Gesundheitssektor gibt es verschiedene Normen, die greifen. Insbesondere Normen, die die Hygiene betreffen. Dadurch, dass Endoskope durch die natürlichen Öffnungen im Körper auch die Schleimhaut berühren, sowie krankhafte Haut, besteht ein erhöhtes Risiko von Erregerübertragung, deshalb ist Sterilität bei diesen Geräten sehr wichtig. Ausgangspunkt für die Analyse der Bachelorarbeit waren flexible Endoskope. Darüber hinaus musste Frau Ali ein Anwendungsgebiet finden, das miteinander vergleichbar war.
Ist Mehrweg wirklich besser?
Nachhaltig zu wirtschaften ist eine Motivation, die viele Menschen und Unternehmen in der Circular Economy Community antreibt. Aber ob Mehrweg wirklich besser ist und sich für den Betrieb und für die Umwelt rechnet, dieser Frage wollte Frau Ali in ihrer Arbeit ganz genau auf den Grund gehen.
Für den von ihr untersuchten Anwendungsbereich der Endoskope konnte Frau Ali in Bezug auf die Ökobilanzierung sagen: Ja eine Mehrfachverwendung der Produkte zahlt sich aus.
Viele Hersteller haben auf die hohe Nachfrage nach mehr Nachhaltigkeit reagiert und haben sich das Ziel gesetzt grünere Produkte herzustellen. Bei der Recherche zu ihrer Untersuchung stieß Frau Ali zum Beispiel auf die Webseite eines Medizinprodukt Hersteller, auf der, obwohl es sich um einen Einwegendoskophersteller handelt, Nachhaltigkeit präsent dargestellt wird. Um die beworbenen Aspekte besser bewerten zu können, machte Frau Ali sie zu einem Bestandteil ihrer Ökobilanzierung und dem direkten Vergleich mit Mehrwegendoskopen.
Ökobilanzierung – Vorgang und Szenarien
Bei der von Frau Ali durchgeführten Bilanzierung handelte es sich im Großen und Ganzen um eine Standard-Ökobilanzierung, die sich auf dem Scope 3 – Emissionsniveau bewegt. Das heißt, Frau Ali betrachtete den CO₂-Fußabdruck in Bezug auf die Ressourcennutzung, aber auch in Bezug auf die Ressourcenverwendung und des gesamten Produkt-Lifecycles. Für den direkten Vergleich stellte Frau Ali verschiedene Szenarien auf.
Szenario A: Hierbei handelt es sich um ein standardmäßiges Einwegprodukt, dass nach einem Einsatz sofort entsorgt werden muss.
Szenario B: In diesem Produkt werden einige Bestandteile des Produkts durch nachhaltigere Komponenten ersetzt. So ein Beispiel findet man z.B. auch auf der Webseite der Firma Ambo – hier wird der Griff des Endoskops zu Teilen durch biobasierte Kunststoffe ersetzt.
Szenario C: Hier handelt es sich um ein Einwegprodukt, jedoch hat die Firma ein Rücknahmeprogramm umgesetzt, dass ermöglicht Komponenten des Endoskops wiederzuverwerten, statt sie zu verbrennen.
Szenario D: Im vierten Scenario betrachtete Frau Ali ein Mehrwegendoskop. Hier stand im Mittelpunkt wie oft es verwendet werden konnte und wie der Reinigungsprozess ablief.
In Bezug auf die Auswertung aller Szenarien, stand vor allem der Ausstoß von Treibhausgasen im Mittelpunkt und somit die CO₂-Äquivalente. Darüber hinaus wurde der Ressourcenverbrauch und der Wasserverbrauch betrachtet. In der Analyse wurden dann die Produkte als nachhaltiger bewertet, die eine geringere Umweltauswirkung verursachten.
Bei der Berechnung der Auswirkung der Mehrwegendoskope war dann zum Beispiel auch wichtig mit einzubeziehen, wie viele Produkte während des Reinigungsdurchgangs gleichzeitig gereinigt werden können, denn nur so kann gesagt werden wie viel Wasser und Reinigungsmittel dafür aufgewendet werden müssen. Darüber hinaus war es ebenfalls wichtig den Transport mit einzubeziehen. Für die Mehrwegendoskope wiederholen sich die Lebenszyklusphasen Produktion, Transport und Anwendung häufiger und werden durch die Phase Aufbereitung ergänzt, bis sie auch irgendwann nicht mehr wiederverwendbar sind und der Verbrennung zugeführt werden müssen.
Welche Lebenszyklusphasen sind bestimmend für den CO₂-Ausstoß
Schaut man sich die verschiedenen Lebenszyklusphasen an, konnte Frau Ali identifizieren, dass vor allem bei der Produktion als auch beim Transport, ein großer CO₂-Ausstoß stattfindet. Zunächst ist die Produktion für alle aufgestellten Szenarien von gleicher Bedeutung, jedoch ist in Bezug auf die Mehrwegendoskope wichtig miteinzuberechnen, dass diese nur einmal produziert werden müssen, jedoch mehrere Male verwendet werden können. Bei einem Mehrwegprodukt fallen bei 1000 Anwendungen ein Drittel weniger CO₂-Äquivalente an als bei dem ersten Szenario. Szenario A, das Einwegprodukt, dass ohne Substitution in den Ressourcen oder in den Materialverwendungen auskommt, kommt auf eine tonnen CO₂-Äquivalente von circa 5 bei 1000 Anwendungen. Das zeigt, dass sich der positive Effekt der Mehrwegendoskope besonders über die Nutzungsdauer zeigt. Dem hingegen konnte für das Szenario B, in dem Teile des Materials durch biobasierten Kunststoff ersetzt wurden, keine Senkung des CO₂-Ausstoßes festgestellt werden, sondern es kam sogar zu einer kleinen Steigerung. Auch in Bezug auf die zwei weiteren in Betracht gezogenen Impactfaktoren Wasserverbrauch und fossile Verwendung von Kilogramm Öl, schnitt das Mehrwegendoskop besser ab.
Aber rechnet sich das?
Darüber hinaus schaute sich Frau Ali an, wann es zu einem Break Point Event kommt – sich also der Einsatz des Mehrwegprodukts lohnt. Die Analysen ergaben, dass es sich nach 13 Anwendungen lohnt auf ein Mehrwegprodukt umzusteigen.
In der Bilanzierung wurde von Frau Ali bis zu diesem Punkt außen vorgelassen, dass es aber natürlich immer noch Momente gibt. In denen Ärzte sich bewusst für ein Einwegprodukt entscheiden. Zum Beispiel, wenn es sich um einen immunsupprimierten Patienten handelt – hier wird immer ein steril verpacktes Produkt gewählt.
Schaut man aber ohne diese Einschränkung auf die Ergebnisse der Analyse kann man sagen, dass Mehrwegendoskope die eindeutig geringeren Umweltauswirkungen verursachen als alle anderen Szenarien und somit die eindeutig nachhaltigeren Produkte sind.
Was nehmen wir mit
Die Potenziale in der Medizintechnik und dem Gesundheitssektor den CO₂-Fußabdruck zu senken und nachhaltiger zu wirtschaften sind noch lange nicht ausgeschöpft. Auch wenn aufgrund von hohen Hygienestandards es nicht möglich und sinnvoll ist, alle Bereiche auf Mehrwegprodukte umzustellen, besteht noch ein sehr hohes Einsparungspotential in der Branche. Die Bestrebungen von Unternehmen zeigen jedoch, dass Bereitschaft besteht sich weiter in diese Richtung zu entwickeln. Wie wichtig es ist das Personal zu schulen und mitzunehmen, unterstrich das Beispiel der Narkosegasverwendung an der Berliner Charité. Somit wird ein gutes Zusammenspiel aus Veränderungsbereitschaft, Innovation und Schulungen notwendig sein, um zirkuläre Strategien in der Medizintechnik und Gesundheitsbranche umzusetzen.
Wir danken Prof. Leguy und Miedia Ali für die vielen spannenden Beispiele und Ideen und freuen uns schon auf das nächste #CEresearchNRW Seminar.
Bis dahin,
ihr Prosperkolleg e.V. und #CEresearchNRW Team