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Inhalt und Aufbau des Hintergrundpapiers: Dem Hintergrundpapier vorangestellt ist eine kompakte Zusammenfassung. In Kapitel 2 werden zentrale Begriffe und Grundlagen eingeführt und verschiedene Ausprägungen wissenschaftlicher Experimente erörtert. In Kapitel 3 werden grundsätzliche Reaktionsformen auf wissenschaftliches Nichtwissen behandelt, bevor in Kapitel 4 die beiden Ansätze zum Umgang mit Nichtwissen bei explorativen Experimenten vorgestellt werden, die Technikcharakterisierung und die Perspektive des rekursiven Lernens in Realexperimenten. In Kapitel 5 wird ein kurzer, allgemeiner Blick auf verschiedene Formen gesellschaftlicher Partizipation geworfen. Die Kapitel 6 bis 8 befassen sich dann mit dem konkreten Umgang mit Nichtwissen bei explorativen Experimenten in den drei Forschungsfeldern Grüne Gentechnik (Kap. 6), Fracking (Kap. 7) und Meeresdüngung (Kap. 8). In Kapitel 9 werden zusammenfassend Aspekte einer guten Governance bei explorativen Experimenten beschrieben.

The analysis of ancient Hebrew sentences in poetry, after many years of research – from verbal syntax to the differentiated perception of the information structure of biblical texts, still leaves a lot of questions to be answered.

Vor dem Hintergrund eines stetig steigenden Verbrauchs von Arzneimitteln gibt der Bericht einen Überblick über den Wissensstand zu Mengen, Qualitäten und Wirkungen der Mikroverunreinigungen auf Mensch und Umwelt. Es werden Vorschläge zur Vermeidung der Verunreinigungen zusammengetragen und Wissenslücken und mögliche Handlungsstrategien zur Verringerung der Risiken durch Arzneimittelrückstände im Wasser aufgezeigt. Geboten wird eine Übersicht dazu, welche Human- und Tierarzneimittel in welchen Quantitäten in Deutschland verwendet werden und nach aktuellem Kenntnisstand ihrer Menge oder ihrer Wirkung nach in human- und ökotoxikologischer Hinsicht relevant sind. Zudem wird der Zielkonflikt zwischen individuellen Ansprüchen auf Heilung durch Medikamente einerseits und den potenziellen Risiken von Arzneimittelrückständen für die allgemeine Gesundheit und Umwelt andererseits analysiert. Weil das Eintreten negativer Effekte unsicher ist, wird diskutiert, welche Anhaltspunkte und Hilfestellung das Vorsorgeprinzip bei der Bewältigung dieser Konflikte leisten kann. Systematisch werden Überlegungen zu technischen Maßnahmen und regulatorischen Strategien zur Verringerung der Risiken von Arzneimittelrückständen in Gewässern vorgestellt, darunter die derzeit intensiv diskutierte vierte Reinigungsstufe von Kläranlagen, die Mikroverunreinigungen zu großen Teilen aus Abwässern entfernen kann. Stärker an der Quelle der Verunreinigung setzen regulatorische Maßnahmen an, z. B. im Zusammenhang mit dem Prozess der Arzneimittelzulassung, oder Informationsmaßnahmen, die bei Verbraucherinnen und Verbrauchern, Ärzteschaft und Apotheken ein Problembewusstsein zu schaffen versuchen. Diskutiert wird, wie die verschiedenen Maßnahmenoptionen sinnvoll miteinander kombiniert und in eine umfassende Strategie eingebettet werden können und welche Rolle bei der Strategiefindung, -entscheidung und -umsetzung den verschiedenen staatlichen und privaten gesellschaftlichen Akteuren zukommt. Inhalt Zusammenfassung 9 1 Einleitung 17 2 Mengenanalyse und Trends von Pharmakarückständen in Gewässern in Deutschland 25 2.1 Verbrauchsmengen von Human- und Tierarzneimitteln 25 2.1.1 Humanarzneimittel 26 2.1.2 Tierarzneimittel 35 2.2 Die Eintragswege der Arzneistoffe in Oberflächengewässer und ins Grundwasser 41 2.2.1 Haupteintragspfade von Arzneimittelrückständen in Gewässer 42 2.2.2 Humanarzneimittel 43 2.2.3 Tierarzneimittel 45 2.3 Nachweise von Arzneimitteln in Trinkwasser und Gewässern 45 2.3.1 Humanarzneimittel 46 2.3.2 Tierarzneimittel 50 2.4 Fazit 51 3 Auswirkungen von Arzneimittelrückständen auf Gesundheit und Umwelt 53 3.1 Methodische Ansätze zur Vorhersage und Bewertung potenziell negativer Auswirkungen 54 3.1.1 Grundbegriffe der Toxikologie 54 3.1.2 Das PEC/PNEC-Risikobewertungskonzept 57 3.1.3 Methoden zur Bewertung von Kombinationswirkungen 60 3.2 Auswirkungen von Arzneimittelrückständen auf die menschliche Gesundheit 63 3.2.1 Akute Gesundheitsgefährdungen durch Trinkwasser 63 3.2.2 Langzeit- und Niedrigdosiswirkungen 65 3.2.3 Antibiotika und Antibiotikaresistenzen 66 3.2.4 Hormonelle Wirkungen 68 3.2.5 Schäden der Erbsubstanz oder von Embryonen durch Zytostatika 70 3.2.6 Neurotoxische Wirkungen 71 3.2.7 Kombinationswirkungen 72 3.3 Auswirkungen von Arzneimittelrückständen auf die Umwelt 73 3.3.1 Akute Wirkungen 74 3.3.2 Langzeit- und Niedrigdosiswirkungen 76 3.3.3 Hormonelle Wirkungen 77 3.3.4 Neurotoxische Wirkungen 78 3.3.5 Umweltwirkungen von Zytostatika 79 3.3.6 Kombinationswirkungen 80 3.4 Fazit 82 4 Das Vorsorgeprinzip: gesellschaftliche Zielkonflikte zwischen Gesundheit, Tierwohl und Umweltschutz 85 4.1 Das Vorsorgeprinzip 86 4.1.1 Handeln unter Unsicherheit und Nichtwissen 86 4.1.2 Vorsorgeprinzip, Nichtwissen und Evidenz 89 4.1.3 Die Verankerung des Vorsorgeprinzips im Recht 90 4.1.4 Schlussfolgerungen für das Problem der Arzneimittelrückstände in Trinkwasser und Gewässern – Strategien zur Beschaffung von Informationen 92 4.2 Relevante Schutzgüter 94 4.2.1 Menschliche Gesundheit 95 4.2.2 Tiergesundheit 95 4.2.3 Umwelt 96 4.2.4 Trinkwasser 97 4.2.5 Konflikte zwischen Schutzgütern 98 4.3 Der rechtliche Rahmen für die Zulassung und das Inverkehrbringen von Medikamenten 99 4.3.1 Bewertung und Berücksichtigung von Umweltrisiken – Humanarzneimittel 99 4.3.2 Bewertung und Berücksichtigung von Umweltrisiken – Tierarzneimittel 102 4.3.3 Regelungen im Gewässer-, Grund- und Trinkwasserschutz 105 4.4 Arzneimittelrückstände im Wasser im medialen Diskurs 107 4.4.1 Entwicklung und Ton der Berichterstattung 109 4.4.2 Inhalte der Berichterstattung 110 4.5 Fazit 114 5 Maßnahmen zur Verringerung der Risiken durch Arzneimittelrückstände im Wasser 117 5.1 Vorgehen bei der Beschreibung und der vergleichenden Bewertung der Maßnahmen 117 5.2 Maßnahmen in der Wasserwirtschaft 120 5.2.1 W1: Verbesserte kommunale Abwasserbehandlung durch eine vierte Reinigungsstufe 121 5.2.2 W2: Dezentrale Behandlung von Abwässern aus Krankenhäusern und anderen Gesundheitseinrichtungen 130 5.2.3 W3: Vermeidung der Einleitung von Rückständen aus der Produktion von Arzneimitteln 133 5.2.4 W4: Regulierungen im Wasserrecht und verstärktes Monitoring von Arzneistoffen in Grundwasser und Gewässern 135 5.3 Maßnahmen im Gesundheitssystem 138 5.3.1 G1: a) Berücksichtigung von Umweltrisiken bei der Zulassung von Humanarzneimitteln und b) Erweiterung des Pharmakovigilanzsystems um ein umfassendes Umweltinformationssystem 138 5.3.2 G2: Green Pharmacy – umweltfreundlichere Arzneimittel 142 5.3.3 G3: Vermeidung von Arzneimittelbedarf durch Gesundheitsförderung und Prävention 144 5.3.4 G4: Sensibilisierung von Ärztinnen und Ärzten sowie Patientinnen und Patienten für die Umweltwirkungen von Arzneimittelrückständen 146 5.3.5 G5: Verschreibung angepasster Verbrauchsmengen 148 5.3.6 G6: Einführung eines Umweltklassifikationssystems für Arzneistoffe und Medikamente 150 5.3.7 G7: Einheitlich geregelte, klar kommunizierte und sichere Entsorgung von Altmedikamenten 153 5.3.8 G8: Sammlung von Röntgenkontrastmitteln in Urinsammelbehältern 155 5.4 Maßnahmen in Landwirtschaft und Tierhaltung 158 5.4.1 L1: Einführung eines Systems zur Bestimmung von Verbrauchsmengen 160 5.4.2 L2: Erweiterung des Pharmakovigilanzsystems für Tierarzneimittel um ein umfassendes Umweltinformationssystem 161 5.4.3 L3: Aus- und Weiterbildungsangebote sowie Informationskampagnen zu Umweltaspekten des Einsatzes von Tierarzneimitteln 162 5.4.4 L4: Weitere Maßnahmen zur Minderung der Einträge von Tierarzneimitteln und zur Entlastung der Umwelt 165 6 Strategien zur Verringerung der Risiken durch Arzneimittelrückstände 169 6.1 Vorsorgeprinzip und Handlungsbedarf – was ist heute schon zu tun? 170 6.2 Der Zusammenhang von Arzneimittelrückständen und weiteren Mikroverunreinigungen 172 6.3 Akteure der Maßnahmenumsetzung 173 6.3.1 Staatliche Akteure 173 6.3.2 Nichtstaatliche Akteure 175 6.4 Maßnahmenkombinationen zur Reduktion und Vorbeugung von Arzneistoffen in Trinkwasser, Grundwasser und Gewässern 175 6.5 Finanzierung einer Strategie gegen Arzneimittelrückstände und andere Mikroverunreinigungen im Wasser 180 6.6 Fazit 185 7 Literatur 187 7.1 In Auftrag gegebene Gutachten 187 7.2 Weitere Literatur 187 8 Anhang 207 8.1 Abbildungen 207 8.2 Tabellen 208

Der Verkehr trägt aktuell insgesamt zu etwa einem Fünftel der gesamten Treibhausgasemissionen Deutschlands bei, woran der Straßengüterverkehr durch Lkw einen Anteil von etwa 35 % hat. Da aus Algen Kraftstoffe erzeugt werden können, die als Dieselsubstitute in reiner Form oder mit Diesel gemischt ohne große Anpassung der Infrastruktur in Lkw einsetzbar wären, könnte dies interessante Möglichkeiten eröffnen, die bisherige Abhängigkeit des Lkw-Verkehrs von fossilen Kraftstoffen zu mindern. Hierzu wurde eruiert, ob bzw. welche Menge algenbasierten Biokraftstoffs umweltverträglich zur Verfügung gestellt werden könnte und wie sich der aktuelle Forschungsstand zur gesamten Energiebilanz der neuen Kraftstoffe inklusive der Herstellung darstellt. Der Bericht verdeutlicht, dass algenbasierte Biokraftstoffe unter den derzeit als plausibel angenommenen Produktionsoptionen auf kurz- und mittelfristige Sicht keinen Beitrag für einen klimaneutralen Verkehr leisten können. Ein spürbarer Beitrag zur Verbesserung der THG-Bilanz des Straßengüterverkehrs kann bis 2050 von algenbasierten Biokraftstoffen wohl nicht erwartet werden. Hierfür wären wissenschaftlich-technische Durchbrüche und Prozessinnovationen vonnöten, die derzeit nicht absehbar sind. Für eine großtechnische und aus Nachhaltigkeitsperspektive sinnvolle Erzeugung algenbasierter Kraftstoffe sind wesentliche Fortschritte insbesondere hinsichtlich ihrer Energiebilanz erforderlich. Analysiert und diskutiert wird zudem, welche forschungs- und wirtschaftspolitischen Strategien und Instrumente zur Verfügung stehen oder ggf. notwendig wären, um relevantes Potenzial zu heben. Inhalt Zusammenfassung 9 1 Einleitung 21 2 Biokraftstoffe zur Reduzierung der THG-Emissionen des Verkehrs 27 2.1 Bioökonomie, Klimawandel und internationale Verpflichtungen zum Klimaschutz 27 2.2 Klassifizierung von Biokraftstoffen 28 2.3 Regulatorischer Rahmen für Biokraftstoffe 30 2.3.1 Regelungen auf europäischer Ebene 31 2.3.2 Regelungen in Deutschland 32 2.4 Gegenwärtige Lage auf dem Biokraftstoffmarkt 34 3 Algen als Rohstoff für Biokraftstoffe 39 3.1 Definition und Diversität 41 3.2 Die Kultivierung von Algen 43 3.2.1 Stoff- und Energiewechsel: photo-, hetero- und mixotrophe Nährmedien 43 3.2.2 Produktion von Makroalgen offshore 45 3.2.3 Produktion von Mikroalgen in offenen Systemen 46 3.2.4 Produktion von Mikroalgen in geschlossenen Systemen 47 3.3 Ernte, Entwässerung und Extraktion von Inhaltsstoffen 48 3.4 Mögliche Produktionsmengen von Mikroalgen 51 3.4.1 Produktivität verschiedener Produktionssysteme 51 3.4.2 Hochrechnungen zu Produktionspotenzialen für Algenbiomasse 55 3.5 Mögliche Produktionskosten von Mikroalgen 55 4 Kraftstoffherstellung aus Algenbiomasse 61 4.1 Konversionspfade für algenbasierte Kraftstoffe 61 4.1.1 Biodiesel durch Umesterung 63 4.1.2 Kraftstofferzeugung durch Hydrierung 64 4.1.3 Kraftstoffe via hydrothermale Verflüssigung 65 4.1.4 Synthetische Kraftstoffe 66 4.1.5 Verflüssigtes Biogas 67 4.2 Produktionskosten algenbasierter Kraftstoffe 68 4.3 Erzeugbare Algenkraftstoffmengen 70 5 Nachhaltigkeitsaspekte algenbasierter Kraftstoffe 73 5.1 Flächenbedarf für die Biomasseerzeugung 74 5.2 Energieeinsatz und -verbrauch 76 5.3 THG-Emissionen und Klimarelevanz 79 5.4 Wasserverbrauch und Wasserverschmutzung 81 5.5 Fazit 84 6 Zur Rolle algenbasierter Biokraftstoffe für einen THG-neutralen Lkw-Fernverkehr 87 6.1 Verkehrsaufkommen und Infrastruktur im Lkw-Fernverkehr 88 6.2 Kraftstoffverbrauch von Lkw: technische Entwicklungen und Einsparmöglichkeiten 94 6.3 Antriebs- und Kraftstoffalternativen für Fern-Lkw 100 6.3.1 Dieselmotor 101 6.3.2 Gasbetriebener Ottomotor 102 6.3.3 Brennstoffzelle 103 6.3.4 Elektromotor 104 6.4 Modellierung verschiedener Antriebs- und Kraftstoffalternativen für einen THG-neutralen Lkw-Verkehr 106 6.4.1 Grundannahmen der Modellierung 107 6.4.2 Annahmen zu einzelnen erneuerbaren Kraftstoffalternativen 109 6.4.3 THG-Minderungsleistung durch Einsatz der Antriebsund Kraftstoffalternativen im Jahr 2050 118 6.5 Herausforderungen für die Umstellung des LkwFernverkehrs auf alternative Antriebe bzw. Kraftstoffe 121 6.6 Fazit 123 7 Resümee und Handlungsoptionen 125 7.1 Bedeutung algenbasierter Biokraftstoffe für einen klimaneutralen Lkw-Verkehr 125 7.2 Entwicklung von Bioraffineriekonzepten 126 7.3 Förderung von Forschung und Entwicklung 128 7.3.1 Kontinuierliche Förderung und Zugänglichkeit von Forschungsergebnissen 128 7.3.2 Algenselektion und genetische Modifikation 129 7.3.3 Optimierung der Algenkultivierung 129 7.3.4 Weiterentwicklung spezifischer Herstellungsverfahren für Algenkraftstoffe 130 8 Literatur 130 8.1 In Auftrag gegebene Gutachten 131 8.2 Weitere Literatur 131 9 Anhang 148 9.1 Abbildungen 148 9.2 Tabellen 149 9.3 Abkürzungen 150

Aktualisierte Fassung des Endberichts des F+E-Vorhabens aus dem Länderfinanzierungsprogramm 2016 O 8.16 im Auftrag der Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser. Laufzeit: 01.06.2016 - 30.11.2017, Stand August 2018.

Eine übergreifende Beurteilung der Umwelt- und Nachhaltigkeitspotenziale der IBT stößt auf mehrere fundamentale Schwierigkeiten. So existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Prozesse, Verfahren und Produkte der IBT, die in verschiedenartige technische und ökonomische Zusammenhänge eingebunden sind. Bei den verfügbaren Studien bestehen fundamentale Einschränkungen hinsichtlich der Breite und Vergleichbarkeit der erfassten Wirkungsdimensionen. Insgesamt sind nur wenige allgemeine bzw. übergreifende Aussagen möglich. Der Einsatz von Verfahren der IBT erlaubt es grundsätzlich, kostengünstig, energieeffizient und unter milden Produktionsbedingungen (hinsichtlich Druck, Temperatur, pH-Wert etc.) zu produzieren. Die IBT zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass die Produktion i.d.R. in geschlossenen Systemen (Bioreaktoren) durchgeführt wird. Damit werden Kontaminationen der Umwelt weitgehend vermieden oder ausgeschlossen. Im Hinblick auf geäußerte Sicherheitsbedenken, beispielsweise hinsichtlich des Austrags von gentechnisch veränderten Organismen aus den geschlossenen Systemen, konnten keine stichhaltigen Hinweise identifiziert werden. Bei der übergreifenden Analyse der relativen Umwelt- und Nachhaltigkeitswirkungen verschiedener Produktgruppen der IBT zeigte sich, dass die Produktion der untersuchten, auf der Verarbeitung von Biomasse aufbauenden (»biobasierten«) Stoffe im Vergleich zu konventionell hergestellten Produkten in vielen Fällen den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen reduzieren hilft. Im Gegenzug können aber negative Umweltwirkungen durch den großmaßstäblichen intensivlandwirtschaftlichen Anbau von Biomasse verursacht werden, beispielsweise die Belastung von Gewässern durch ein Überangebot an Nährstoffen, der stratosphärische Ozonabbau und die Bodenversauerung. Allerdings bestehen erhebliche Unsicherheiten bei quantitativen Wirkungsabschätzungen. Die langfristige Verfügbarkeit von nachhaltig produzierter Biomasse in ausreichenden Mengen ist essenzielle Voraussetzung für jedwede Ausweitung einer Bioökonomie. Dabei ist unumstritten, dass der Lebens- und Futtermittelproduktion Vorrang einzuräumen ist. Zu Industrieprodukten werden in Deutschland etwa 3,5 Mio. t Agrarrohstoffe/Jahr verarbeitet. Es ist Gegenstand der Forschung, auch alternative Rohstoffquellen zu erschließen, die nicht zugleich Nahrungs- oder Futtermittel sind. Hierzu zählen insbesondere Holz (Lignocellulose), organische Reststoffe (aus der Land- und Forstwirtschaft sowie aus Hausmüll) sowie das Treibhausgas CO2. Entscheidend für die Gesamtbilanz im Hinblick auf Nachhaltigkeit und die Frage, in welchem Umfang die IBT zu einer Bioökonomie beitragen kann, ist die Verfügbarkeit bzw. nachhaltige Produktion entsprechender Mengen von Biomasse unter Berücksichtigung von Nutzungskonkurrenzen mit der Nahrungs- und Futtermittelproduktion auf den zur Verfügung stehenden begrenzten Flächen. Zu dieser Frage liegen aus dem Kontext der Bereitstellung von Bioenergie zahlreiche Studien mit sehr unterschiedlichen Ergebnissen vor. Insgesamt zeigt sich, dass auch bei Ausweitung der entsprechend verwendeten Agrarfläche in Deutschland hiesige Biomasse wohl nicht die einzige Rohstoffbasis industrieller Produktion bilden kann.

[Zielstellung] Das zentrale Ziel des Vorhabens besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, in einem Wasserkörper mit überschaubarem Aufwand die Kosten von Maßnahmenprogrammen auf Unverhältnismäßigkeit zu prüfen, um auf diese Weise ggf. weniger strenge Umweltziele zu begründen. Es sollte für alle Oberflächenwasserkörper anwendbar sein, d.h. sowohl für natürliche Wasserkörper (natural water bodies - NWB) als auch für künstliche und erheblich veränderte Wasserkörper (artificial and heavily modified water bodies - A/HMWB). Das zu entwickelnde Verfahren sollte folgende Anforderungen erfüllen: - Legalität: Es muss dem Wortlaut und dem Geist der WRRL entsprechen. - Praktikabilität: Seine Anwendung darf nicht zu aufwändig sein und muss berücksichtigen, welche Daten bei den Bundesländern bereits vorliegen. - Beitrag zur Harmonisierung: Das Verfahren sollte für Standardfälle konzipiert sein. Es sollte im Prinzip in allen Bundesländern, zumindest allen Flächenländern gleichermaßen verwendet werden können. - Kosten-Nutzen-Abwägung und Zumutbarkeit: Das Verfahren sollte Kosten-Nutzen-Abwägung mit einbeziehen, wobei diese Größen nicht zwingend in (quantitativ)-monetärer Form eingehen müssen. Zumutbarkeitsargumente könnten ebenfalls herangezogen werden. Zugleich Endbericht des F+E-Vorhabens Nr. O 3.14 im Auftrag der Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser mit dem Titel "Nutzen-Kosten-Analyse in der Wasserwirtschaft: Methoden im europäischen Vergleich und die Ableitung eines kohärenten Verfahrens für die LAWA". Laufzeit des Vorhabens: 02/2014 - 01/2015.

The EU Water Framework Directive (WFD) calls for cost-effective measures to achieve a "good status" in all European ground, surface and coastal waters. Besides eutrophication, the degradation of hydro-morphology is the main reason for failing the WFD's objectives in Germany. In this paper , we conceptualize the interactive decision support process BASINFORM-M for finding proper locations for river restora tion. The method combines the recently proposed "stepping stone concept" from aquatic ecology with elements from cost-effectiveness analysis, multi-criteria analysis and participatory approaches. BASINFORM-M exemplifies a shift away from the isolated resto ration of single river reaches to wards a consideration of functional relationships within the whole river network. In doing so, it satisfies the WFD's requirement of considering cost-effectiveness without neglecting other important evaluation criteria.

Ecological Economics inherently faces a challenge akin to sailing between Scylla and Charybdis. In Greek mythology these are two monsters located on opposite sides of a narrow strait, and falling victim to one or other of them is unavoidable. In the recurring process of establishing and refining its conceptual foundations, Ecological Economics runs the risk of, on the one hand, losing important insights by trying to be radically different from mainstream economics and, on the other hand, becoming a redundant appendix to mainstream environmental economics by routinely applying its concepts and methods. We argue that avoiding both fallacies is possible by using Ecological Economics' orientation towards sustainability as a guiding principle. The scientist's power of judgment supports her decision concerning which methods are suitable for tackling a given sustainability problem. The intersubjective quality of judgment prevents the resulting methodological pluralism from drifting toward arbitrariness.