Für eine umwelt- und gesundheitsverträgliche Gestaltung der Nanotechnologie sind Maßnahmen der Risikoerkennung und gegebenenfalls Risikominimierung frühzeitig durchzuführen. In der von BAuA, BfR und UBA gemeinsam erarbeiteten Forschungsstrategie ist der notwendige Forschungsbedarf hierfür benannt. Dort wird auch intensivierte Forschung zur Ermittlung der chronischen Toxizität von Nanomaterialien gefordert. Bisher liegen nur sehr vereinzelt Untersuchungen zur chronischen Toxizität von Nanomaterialien mit dem Endpunkt Kanzerogenität vor. Eine Einschätzung hinsichtlich eines möglichen kanzerogenen Potentials von Nanomaterialien, insbesondere im umweltrelevanten Niedrigdosisbereich ist deshalb derzeit nicht möglich. In einer Kooperation des BMU mit der BASF soll nun unter Beteiligung der Bundesoberbehörden BAuA, BfR und UBA eine chronische Inhalationsstudie mit nano CeO2 (Ceriumdioxid) an Ratten realisiert werden. Das UBA beteiligt sich an dieser Langzeitstudie mit einer erweiterten histophathologischen Untersuchung der Lungen sowie Untersuchungen zur Gentoxizität.
Liquid hydrocarbon fuels are ideal energy carriers for the transportation sector due to their exceptionally high energy density and most convenient handling, without requiring changes in the existing global infrastructure. Currently, virtually all renewable hydrocarbon fuels originate from biomass. Their feasibility to meet the global fuel demand and their environmental impact are controversial. In contrast, SUN-to-LIQUID has the potential to cover future fuel consumption as it establishes a radically different non-biomass non-fossil path to synthesize renewable liquid hydrocarbon fuels from abundant feedstocks of H2O, CO2 and solar energy. Concentrated solar radiation drives a thermochemical redox cycle, which inherently operates at high temperatures and utilizes the full solar spectrum. Thereby, it provides a thermodynamically favourable path to solar fuel production with high energy conversion efficiency and, consequently, economic competitiveness. Recently, the first-ever production of solar jet fuel has been experimentally demonstrated at laboratory scale using a solar reactor containing a ceria-based reticulated porous structure undergoing the redox cyclic process. SUN-to-LIQUID aims at advancing this solar fuel technology from the laboratory to the next field phase: expected key innovations include an advanced high-flux ultra-modular solar heliostat field, a 50 kW solar reactor, and optimized redox materials to produce synthesis gas that is subsequently processed to liquid hydrocarbon fuels. The complete integrated fuel production chain will be experimentally validated at a pre-commercial scale and with record high energy conversion efficiency. The ambition of SUN-to-LIQUID is to advance solar fuels well beyond the state of the art and to guide the further scale-up towards a reliable basis for competitive industrial exploitation. Large-scale solar fuel production is expected to have a major impact on a sustainable future transportation sector.
Es werden synergistische & anatagonistische Toxizitätsmechanismen von Gemischen bestehend aus Nanopartikeln & löslichen Chemikalien in unterschiedlichen Leberzelllinien & Primärhepatozyten untersucht. Als Beispielsubstanzen werden hierbei Ceriumdioxid Nanopartikel und Paracetamol sowohl als Einzelsubstanzen als auch als Substanzgemische exponiert. Neben der Bestimmung von Überlebensraten und der Gentoxizität werden Studien zur Veränderung von Metabolitmustern im Gesamtmetabolom nach Exposition vermittels massenspektrometrischer Analytik durchgeführt. Bei denjenigen Zellkulturansätzen, bei denen sich charakteristische Toxizitätsmerkmale oder signifikante Veränderungen im Gesamtmetabolom zeigen, werden detaillierte Analysen zur Partikelverteilung sowie Biokinetikstudien zur Partikelaufnahme vermittels bildgebender Massenspektrometrie durchgeführt. Die Ergebnisse der Arbeiten sollen aufzeigen ob und wenn ja durch welche Mechanismen sich toxikologisch relevante Wirkmechanismen in den Zellkulturen manifestieren. Die so gewonnenen Daten sollen der Weiterentwicklung der Risikobewertung von Nanomaterialien und regulatorischen Zwecken dienen.
Ziel dieses Vorhabens ist die Reduktion von Tierversuchen im Bereich der akuten Inhalationstoxikologie durch Einsatz einer standardisierten in vitro Direktexpositionsmethode zur Untersuchung partikelhaltiger Atmosphären und Bestimmung des zytotoxischen und inflammatorischen Potentials der betreffenden Teststäube. Die Daten werden zur Beurteilung der Intra- und Inter-Laboratoriumsvariabilität herangezogen und müssen sowohl Aufschluss über deren Reproduzierbarkeit, Robustheit und Stabilität geben, als auch die Grundlage für die Prävalidierung der Methode liefern. Zu Projektbeginn werden die experimentellen Voraussetzungen geschaffen, um die unter den prüfungsspezifischen Bedingungen notwendigen Anforderungen an das In-vitro-System zu realisieren. Gleichzeitig werden Methoden etabliert und evaluiert, die zur Exposition der kultivierten Zellen mit Partikeln, der Charakterisierung der Expositionsatmosphäre sowie der Bestimmung der biologischen Endpunkte notwendig sind. Im nächsten Schritt werden Expositionen mit ausgewählten Partikeln (DQ12, TiO2-P25, CB14, ZnO, BaSO4, ALOOH I, CeO2, ZrO2, CuO nano und CuO micro) in den 3 Expositionslaboratorien durchgeführt. Die Auswahl der Stoffe richtet sich nach deren Toxizität, Verfügbarkeit, dem Handling und ihrem Status als Referenzsubstanzen für inhalationstoxikologische Untersuchungen. Abschließend erfolgt anhand der ermittelten Datenlage eine Bewertung der In-vitro-Methode (Prävalidierung) und die Erstellung eines Prädiktionsmodells.
Im schutzgutübergreifenden Ansatz von dem Verbundvorhaben nanoGRAVUR werden Gruppierungsansätze für Nanomaterialien (NMs) zu den Aspekten Exposition und Gefährdungspotential für Mensch und Umwelt entwickelt. Fraunhofer IME beschäftigt sich mit dem Umweltverhalten und der Ökotoxizität. In einem ersten Schritt werden Kriterien und Strategien entwickelt, die es ermöglichen, NMs hinsichtlich ihres Umweltverhaltens unter Einbeziehung von NM-spezifischen Eigenschaften und Umweltparametern zu gruppieren. Hinsichtlich des Umweltverhaltens ist das Fraunhofer IME verantwortlich für die Aspekte 'Transformation in Boden und Sediment' und - gemeinsam mit den Partnern - für Transformation in Gewässern'. Die Entwicklung in Bezug auf die Ökotoxizität erfolgt auf Basis von Toxizitätsprofilen, wobei zunächst materialtypspezifisch vorgegangen wird. Dabei beschäftigt sich das Fraunhofer-IME primär mit den NM-Typen Kaolin / Bentonit, Fe0 / Fe2O3 / Fe3O4, CaCO3, Ag, Au. Weitere Materialtypen wie beispielsweise CeO2, Cu/CuO, SiO2, TiO2 und ZnO werden durch die Partner abgedeckt. In einem zweiten Schritt werden die Gruppierungshypothesen experimentell gemeinsam mit den Partnern überprüft und ggf. modifiziert, wobei der Schwerpunkt der Arbeiten im Fraunhofer-IME auf der biotischen und abiotischen Transformation in Kläranlagen, Böden und Gewässern bzw. auf der terrestrischen Ökotoxizität liegt. Im Rahmen des Gesamtprojektes abgestimmte NMs werden in bzw. in Anlehnung an standardisierte OECD-Testverfahren untersucht. Unter Leitung des Fraunhofer IME werden schließlich die Gruppierungsansätze hinsichtlich Exposition, Umweltverhalten und Ökotoxizität zu einer Risikogruppierung für die Umwelt zusammengeführt. Für NMs, die prinzipiell in die Umwelt eintreten können, ist ein Vergleich von potentieller Umweltkonzentration und Wirkung vorzunehmen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die NMs über den Lebenszyklus und in der Umwelt verändern können, was auch eine veränderte Ökotoxizität nach sich ziehen kann. Somit ist das Risiko nicht statisch sondern dynamisch zu betrachten.
Derzeit wird zur Ermittlung der chronischen Inhalationstoxizität von nano-Cerdioxid (CeO2) eine Langzeitstudie an über 600 Ratten durchgeführt, die unter der Schirmherrschaft des BMUB als Kooperationsprojekt zwischen der BASF und den Bundesoberbehörden BAuA, BfR und UBA konzipiert ist. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Untersuchung von Wirkungen im umweltrelevanten Niedrigdosisbereich dieser Substanz, die als UV-Absorber in Lacken und Plastik, als Polier- und Schleifmittel in der Halbleitertechnik und als Kraftstoffadditiv eingesetzt wird. Die Studie ist weltweit einzigartig, sowohl hinsichtlich der Konzentrationen im Niedrigdosisbereich als auch hinsichtlich der langen Expositionsdauer. Nach Vorversuchen zur Ermittlung der Konzentration im Überladungsbereich wurden Konzentrationen von 0,1; 0,3; 1 und 3 mg/m3 ausgewählt und eine maximal 24-monatige Exposition mit 6-monatiger Nachbeobachtung festgelegt. Histologische Befunde an Lungen von Ratten, die 12 Monate exponiert wurden, lassen erwarten, dass nach Exposition über 24 Monate auch in der niedrigsten Dosisgruppe adverse Effekte an Lungen/Lungen-assoziierten Lymphknoten auftreten werden (FuE 3712 61 206, Abschlussbericht Ende 2017). Wirkungen auf weitere Organe werden bisher nicht untersucht. Es soll deshalb ein Folgevorhaben zu dem FuE 3712 61 206 vergeben werden, bei dem 1. die Targetorgane Nasenhöhle und Kehlkopf (Nanopartikel konnten dort nachgewiesen werden) ausgewählter Dosisgruppen nach 12 Monaten und aller Dosisgruppen nach 24 und 30 Monaten Exposition histologisch untersucht werden. 2. sollen alle restlichen Organe der Kontroll- und Hoch-dosisgruppe sowie in Abstimmung mit der BAuA ausgewählte Organe der übrigen Dosisgruppen nach 24 und 30 Monaten untersucht werden. Die endgültige Festlegung des Untersuchungsmaterials soll nach Anhörung des Beraterkreises zum FuE 3712 61 206 erfolgen.
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