Immer größer werdende Mengen an synthetischen Nanomaterialien (MNMs) werden für den industriellen Einsatz produziert und können während der Produktion, dem Einsatz der Produkte, sowie bei deren Entsorgung in die Umwelt gelangen. MNM mit hohen Produktionsvolumina unterliegen einer Bioakkumulationsbewertung im Rahmen der EU REACH Verordnung, um potentielle Umweltbelastungen abschätzen zu können. Die hierbei für die Chemikalienbewertung klassischerweise verwendeten Methoden, etwa Durchflussstudien mit Fischen gemäß OECD TG 305, sind für das Testen von MNMs in aquatischen Medien jedoch nur bedingt geeignet. So neigen die meisten MNMs dazu in aquatischen System nur metastabile Suspensionen zu bilden und direkt nach dem Eintreten in das Medium oder im zeitlichen Verlauf zu sedimentieren. Eine konstante homogene Exposition im Testsystem wird somit stark erschwert. Für Corbicula fluminea, eine weit verbreitete Süßwassermuschel, wurde bereits in früheren Studien gezeigt, dass sie MNMs aus der Wasserphase durch Filtration aufnehmen kann. Im Rahmen dieses Projekts wurde die Eignung von C. fluminea für Bioakkumulationsstudien mit MNMs geprüft. Hierzu wurde ein neues Durchflusssystem entwickelt, welches eine konstante und homogene Exposition von MNMs ermöglicht. Zur Überprüfung wurden synthetische Nanomaterialien gewählt, welche jeweils MNMs mit bestimmten Eigenschaften repräsentieren. Das Silbernanopartikel NM 300K (AgNP) wurde als Repräsentant der Gruppe der gut dispergierbaren und ionenfreisetzenden MNMs getestet und mit AgNO3 als nicht nanopartikuläre Form desselben Elements verglichen. NM 105, ein Titandioxid NP, wurde für die Gruppe der nicht ionenfreisetzenden MNMs getestet. Für die Gruppe der MNMs, welche auf organischen Polymeren basieren, wurde das Polystyrol NP Fluoro-MaxTM getestet, welches mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Somit konnte die Aufnahme und Verteilung des NPs im Weichkörper der Muscheln u.a. mittels Fluoreszenzmikroskop untersucht werden. Für die Ag und TiO2 Behandlungen konnten nach Messung der Gewebekonzentrationen BAF bzw. BCF Werte im Konzentrationsgleichgewicht ermittelt werden. BAFss Werte von 31 und 128 für die beiden NM 300K Konzentrationen (0.624 und 6.177 'Mikrogramm'Ag/L) und 6,150 und 9,022 für die beiden NM 105 Konzentrationen (0.099 und 0.589 'Mikrogram'TiO2/L) zeigten, dass BAFss Werte für die untersuchten MNMs abhängig von der jeweiligen Expositionskonzentration sind. Für die AgNO3 Behandlung wurden ebenso konzentrationsabhängige BCFss Werte von 31 und 711 für die höhere und niedrigere Konzentrationen ermittelt. Die Kinetik der gemessenen Partikelkonzentrationen in den Muschelgeweben (sp-ICP-MS) wie auch die ermittelten Distributionsfaktoren für einzelne Kompartimente lieferten Hinweise, dass die untersuchten MNMs zwar aufgenommen, aber nicht inkorporiert wurden. Quelle: Forschungsbericht
Currently there are no testing and assessment strategies for environmental fate and effects taking the specific properties and behaviour of engineered nanomaterials into account. Therefore, the project objective was to develop a strategy for the investigation of ecotoxicity and environmental fate that allows the consideration of nano-specific effects within the environmental risk assessment of nanomaterials. For the development of the test strategy, both the results of "classic" assessment as well as those of recognized non-standardized endpoints were taken into account. For this analysis environmental fate and effects were addressed separately. Furthermore, the discussions of national and international level, e.g. the conclusions of the expert meeting on Ecotoxicology and Environmental fate of the OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials were taken into account. The test strategy considers various levels of test complexity as they are to be used in a tiered risk assessment scheme on the basis of a full life-cycle assessment. For the environmental risk assessment approach, the use of mathematical models and trigger values to either stop the procedure or proceed to the next tier is included. The presented test strategy features an overarching approach to test and assess fate and effects of NM while considering the specific challenges when investigating the potential environmental impact of NM. Veröffentlicht in Texte | 16/2015.
Umweltbundesamt informiert zu umweltrelevanten Aspekten Nanotechnik gewinnt bei der Entwicklung neuer Produkte und Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Nanotechnisch optimierte Kunststoffe können etwa das Gewicht bei Autos oder Flugzeugen senken und somit helfen, Treibstoff zu sparen. Neue, nanotechnisch optimierte Lampen - so genannte Licht emittierende Dioden (LED) - haben eine hohe Lebensdauer, wandeln den elektrischen Strom effizienter in Licht um und sparen somit Energie. Dies sind nur zwei Beispiele aus einer rasch wachsenden Zahl von Produkten, die auf den Markt kommen und sich vermutlich positiv auf Umwelt und Wirtschaft auswirken. Der zunehmende Einsatz synthetischer Nanomaterialien in Produkten führt jedoch auch zu einem vermehrten Eintrag dieser Materialien in die Umweltmedien Boden, Wasser und Luft. Die Wirkungen der Nanomaterialien in der Umwelt und mögliche gesundheitliche Risiken für den Menschen sind derzeit noch unzureichend erforscht. Das Umweltbundesamt (UBA) fasst in einem Hintergrundpapier relevante Aspekte über Umweltentlastungspotentiale zusammen, benennt Risiken für Mensch und Umwelt und formuliert Handlungsempfehlungen. Bei der Nanotechnik handelt es sich um die gezielte Herstellung und Anwendung von Prozessen und Nanomaterialien, die aus abgrenzbaren strukturellen Bestandteilen in der Größenordnung von 100 Nanometer (1 nm = 10 -9 m) oder weniger in mindestens einer Dimension bestehen, also mehr als 1.000-mal kleiner als der Durchmesser eines Menschenhaares. In diesem Größenbereich ändern sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Materialien. Dies kann in vielfältiger Weise zur Entwicklung neuartiger Produkte und Anwendungen genutzt werden. Die Nanotechnik beeinflusst bereits heute die Industrie in vielen Bereichen, etwa die Automobilindustrie, den Maschinenbau, die Chemische und die Lebensmittelindustrie sowie die Bio- und die Umwelttechnik. Allein in Deutschland arbeiten heute über 800 Unternehmen im Bereich Nanotechnik. Die Nanotechnik bietet erhebliche Potentiale für ökologische Produktinnovationen, aber auch Risiken für die Umwelt und die Gesundheit. Hier bestehen noch gravierende Wissenslücken. Daraus ergibt sich ein umfangreicher Bedarf an Forschung und Regulierung. Dafür ist eine transparente und von Industrie, Forschung und Behörden anerkannte Bewertung nanotechnischer Verfahren und Produkte hinsichtlich ihrer Chancen und Risken für Umwelt und Gesundheit notwendig. Die Hersteller sind gefragt, aussagekräftige Daten zur Wirkung und zur Exposition ihrer Produkte bereitzustellen sowie die Umweltentlastungspotentiale zu dokumentieren. Das UBA empfiehlt: Die Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten und frei setzen können, sollte - so lange ihre Wirkung auf Mensch und Umwelt weitgehend unbekannt ist - möglichst vermieden werden. Aus Sicht des Umweltbundesamtes ist es erforderlich, rechtliche Rahmenbedingungen für den sicheren Umgang mit Nanomaterialien zu schaffen. Ein wesentlicher Schritt hierzu ist ein Meldesystem für Nanomaterialien in Form eines Produktregisters. Die Diskussion um Chancen und Risiken hat sowohl in Fachkreisen als auch in der Öffentlichkeit in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen. Die Bundesregierung hat frühzeitig mit der Einsetzung einer NanoKommission reagiert. Die Fachleute des UBA beteiligen sich in der NanoKommission sowie in weiteren nationalen und internationalen Arbeitskreisen, insbesondere innerhalb der OECD an der Entwicklung von Empfehlungen zum verantwortungsvollen Umgang mit Nanomaterialien. Das UBA trägt aktiv dazu bei, über umweltrelevante Aspekte der Nanotechnik zu informieren, Wissensdefizite auszufüllen und den weiteren Handlungsbedarf zu ermitteln. Das Amt fördert umweltrelevante Innovationen, die durch den Einsatz der Nanotechnik möglich sind und ermittelt Umweltentlastungspotentiale. Voraussetzung ist allerdings, dass potentielle Risiken für die Umwelt und die menschliche Gesundheit bewertbar und vermeidbar sind. Ausführliche Informationen enthält das Hintergrundpapier „Nanotechnik für Mensch und Umwelt - Chancen fördern und Risiken mindern”.
Nanotechnologische Anwendungen, welche die Umwelt entlasten können und ein hohes Innovations- und Wertschöpfungspotenzial aufweisen, gibt es in vielen Bereichen. Das Spektrum reicht von der Wasseraufbereitung bis zum Abgaskatalysator, vom Korrosionsschutz bis zum Energie- und Klimaschutz. Viele Anwendungen befinden sich derzeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Mit der Expansion der Nanotechnologie ist allerdings auch eine vermehrte Emission und Immission von Nanoobjekten in die Umwelt zu erwarten. Auf diesen Seiten finden Sie aktuelle Informationen zu ausgewählten Umweltaspekten der Nanotechnologie. Die Broschüre stellt Beispiele für den Einsatz von Nanomaterialien vor, die zu deutlichen Umweltentlastungen führen können. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf praxisreifen oder bereits etablierten Anwendungen. Nanomaterialien im Umweltschutz sind jedoch ein relativ junges Technologiefeld, daher werden in dieser Broschüre auch innovative Lösungsansätze vorgestellt, die sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden. LUBW-Bericht: „Nanomaterialien: Anwendungen im Umweltbereich" Die Firma Sto AG entwickelte eine Dispersionsfarbe, durch deren photokatalytische Wirkung die Reduktion von Stickoxiden in der Atmosphäre möglich ist. Die LUBW untersuchte im Auftrag der Firma diesen Wirkungsmechanismus im Rahmen eines Laborversuches. Die positiven Ergebnisse dieses Laborversuches führten zu einem Folgeprojekt, bei dem die photokatalytische Wirkung in einem Feldversuch über einen längeren Zeitraum (November 2006 bis Mai 2007) untersucht wurde. Die photokatalytische Wirksamkeit der Dispersionsfarben konnte in der gewählten Versuchsanordnung nachgewiesen werden. Überprüfung der photokatalytischen Wirksamkeit von speziellen Dispersionsfarben der Sto AG Die Nanotechnologie gilt als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts und bietet ungeahnte Möglichkeiten in der Anwendung von synthetisch hergestellten Nanomaterialien. Heute existieren bereits weltweit mehr als 1 300 Produkte, die synthetische Nanomaterialien enthalten. Diese Zahl steigt von Jahr zu Jahr und damit die Menge an zu erwartenden nanomaterialhaltigen Abfällen. Die vorliegende Literaturstudie - LUBW-Bericht: „ Synthetische Nanomaterialien im Abfall" - ist ein weiterer Baustein der Publikationsreihe der LUBW zu Nanomaterialien. Inhaltlich wird darin der Wissensstand über synthetische Nanomaterialien im Abfall kurz skizziert, Hinweise auf Herausforderungen für die unterschiedlichen kreislaufwirtschaftlichen Prozesse gegeben sowie auf noch bestehende Wissenslücken und den Stand der derzeitigen Abfallgesetzgebung in Bezug auf synthetische Nanomaterialien hingewiesen.