Nano und Umwelt – ein Problem oder nicht?

Nano und Umwelt – ein Problem oder nicht? Die Produktion und die Verwendung von Nanopartikeln, Teilchen mit einer Grösse von weniger als 100 Nanometern, haben in den letzten Jahren stark zugenommen.

Neben den gesundheitlichen Aspekten ist in letzter Zeit vor allem der Einfluss der Nanotechnologie auf die Umwelt thematisiert worden.

Dieses Forschungsgebiet ist aber noch jung und daher ist vieles noch unklar. Das verwundert kaum, geht es dabei doch um äusserst komplexe Zusammenhänge und Fragen: Wie (und in welchen Mengen) werden synthetische Nanopartikel aus „Nano-Produkten" in die Umwelt freigesetzt?

Wie hoch ist die zu erwartende Belastung, etwa von Flüssen und Böden? Welche Analysenmethoden eignen sich überhaupt zur Untersuchung von Umweltproben auf Nanopartikel, deren Mengen in vielen Fällen sehr klein sein dürften?

Und welche Auswirkungen haben die winzigen Teilchen dann auf Lebewesen? 

Studien haben gezeigt, dass Nanopartikel abhängig von Zusammensetzung und Grösse von vielen Organismen aufgenommen werden können und dass je nach Partikelart, Beschichtung und Menge toxische Effekte auftreten können. 

Relativ wenige Untersuchungen wurden bis anhin mit umweltrelevanten Organismen durchgeführt; die wenigen Studien zeigen aber, dass auch Algen, Mikroorganismen, Kleinkrebschen und Fische durch Nanopartikel negativ beeinflusst werden können. Es gilt aber zu beachten, dass jeder Stoff in einer genügend hohen Konzentration einen toxischen Effekt auf Lebewesen hat.

Es ist daher nötig, auch Informationen über die zu erwartenden Konzentrationen in der Umwelt zu bekommen. Analytische Messmethoden zur Spurenanalytik in der Umwelt sind im Moment noch in weiter Ferne. 

Um eben diese Frage nach den Konzentrationen trotzdem beantworten zu können und die aktuelle Belastung von Nanopartikeln in der Umwelt abzuschätzen, haben wir Expositionsmodellierungen durchgeführt.

Dazu haben wir ein Stoffflussmodell mit den Produktionsmengen der Partikel und ihrer Verwendung in verschiedenen Produkten „gefüttert", sowie mit den zu erwartenden Lebenszyklen.

In jedem Stadium schätzten wir die Freisetzung der Partikel in die Umwelt ab und modellierten das Partikelverhalten, etwa beim Verbrennen der entsorgten Produkte in einer Kehrichtverbrennungsanlage oder beim Klären der Abwässer in einer Abwasserreinigungsanlage. 

Die daraus berechneten Mengen an Nanopartikeln in den verschiedenen Ökosystemen - in der Luft, in Flüssen und Seen und im Boden - verglichen wir mit Konzentrationen, die in toxikologischen Studien keine negativen Auswirkungen auf Organismen zeigten.

Daraus ergab sich dann ein sog. Risikoquotient für die untersuchten Partikel in den verschiedenen Ökosystemen, ein gängiges Verfahren, dass EU-weit auch bei der Risikoabklärung von Chemikalien angewandt wird. 

Die berechneten Risiken für die verschiedenen Nanopartikel unterscheiden sich deutlich. So stellen etwa Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) gemäss Modellrechnung derzeit kein relevantes Umweltrisiko dar.

Produkte mit CNTs werden meist entweder rezykliert oder enden in einer KVA, wo die Nanoröhrchen zum grossen Teil verbrennen, beziehungsweise recht effizient aus den Abgasen gefiltert werden. Dagegen ergaben die Simulationen, dass TiO2-Nanopartikel durchaus in grösseren Mengen in Fliessgewässern auftreten könnten.

Hier sind nun genauere Analysen gefordert, unter anderem um herauszufinden, ob die Nanopartikel das Flusswasser tatsächlich in den berechneten Mengen belasten. Ein Beispiel für den Nachweis von nano-TiO2 ist im Photo zu sehen, welches Partikel zeigt, die aus einer Fassenbeschichtung in einen Fluss ausgewaschen worden sind.

Ausserdem sind detaillierte umweltchemische und ökotoxikologische Untersuchungen zum Verhalten und zu den Effekten von nano-TiO2 nötig. Da auf diesem Gebiet intensiv geforscht wird, werden ständig neue Resultate veröffentlicht, welche es uns erlauben, die Einschätzung des Effektes von Nanopartikeln in der Umwelt fortlaufend anzupassen.

 

 

Literatur

Mueller, N. C. und Nowack, B. „Exposure Modeling of Engineered Nanoparticles in
the Environment". Environ. Sci. Technol., ASAP Article, doi 10.1021/es7029637. Web
Release Date: May 9, 2008.



Kontakt

PD Dr. Bernd Nowack
Empa - Eidgenössische Materialprüfungsund
Forschungsanstalt
St. Gallen, Schweiz
nowack@empa.ch

 

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