Navigation

Modellierung von Nanomaterialien in der Umwelt

 

Um Risiken von Nanomaterialien realistisch einschätzen zu können braucht es ein fundiertes Wissen dazu, in welchen Mengen, wo und in welcher Form Nanomaterialien in der Umwelt vorkommen. Bernd Nowack entwickelte mit seinem Team zusammen mit der ETH Zürich computerbasierte Modellierungen, mit denen die Konzentration und das Verhalten verschiedener Nanomaterialien realistisch eingeschätzt werden können.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Risiken und mögliche toxische Effekte auf Organismen und Ökosysteme durch künstlich hergestellte Nanomaterialien werden von Behörden und Wissenschaft rege diskutiert. Bevor das NFP 64 startete, fehlte es an Messmethoden und Daten, mit denen die Konzentration und das Verhalten von Nanomaterialien in der Umwelt eingeschätzt und damit ein potenzielles Risiko evidenzbasiert eingeschätzt werden konnte. In diesem Projekt von Bernd Nowack wurden Computermodelle entwickelt, welche die Massenflüsse von sechs wichtigen Nanomaterialien (nano-Silber, nano-Titandioxid, nano-Zinkoxid, Kohlenstoffnanoröhrchen, Fullerene und nano-Gold) simulieren. Das Computermodell basiert auf den Produktionsmengen und der Verwendung von Nanomaterialien in der Schweiz und der EU. Es ermöglicht, die Mengen an Nanomaterialien abzuschätzen, die in der Vergangenheit, in der Gegenwart und in der Zukunft in die Umwelt freigesetzt werden. Das Verhalten der Nanomaterialien in der Umwelt - ihre Mobilität, mögliche Umwandlungsprozesse und Reaktionen mit anderen Stoffen - ist der zweite wichtige Faktor, welcher das potenzielle Risiko der Nanomaterialien bestimmt. In Zusammenarbeit mit der ETH Zürich wurde deshalb ein weiteres Modell entwickelt, welches das Verhalten der Nanomaterialien in der Umwelt simuliert. Die Kombination dieses Modells mit Daten zum Gefahrenpotenzial aus ökotoxikologischen Untersuchungen ermöglicht schliesslich eine evidenzbasierte Abschätzung der Risiken von Nanomaterialien für die Umwelt.

Resultate

Mit Hilfe der Computermodelle konnten Konzentrationen von Nanomaterialien in der Umwelt realistisch dargestellt werden. Es stellte sich heraus, dass die abgeschätzten Konzentrationen dieser Nanomaterialien im Abwasser, im Oberflächenwasser, in Sedimenten und in aufbereitetem Klärschlamm um ein Vielfaches niedriger sind als die Konzentrationen konventioneller Materialien. Weiter hat sich gezeigt, dass sich die Nanomaterialien sehr schnell an natürliche Schwebestoffe im Gewässer binden und so effizient aus dem Wasser entfernt werden. Zudem hat die Studie bestätigt, dass Nanomaterialien in Sedimenten akkumulieren. Die Kombination des Massenfluss- mit dem Verhaltensmodell ermöglichte es, aktuelle Konzentrationen und den Verbleib von Nanomaterialien in allen grösseren Flüssen der Schweiz zu berechnen.

Bedeutung

Die in diesem Projekt entwickelten Computermodelle liefern realistische Daten zur Konzentration und dem Verbleib von Nanopartikeln in der Umwelt. Die Daten bilden eine fundierte Ausgangslage, um mögliche toxische Effekte von Nanomaterialien auf Lebewesen einschätzen zu können und sind damit für Behörden und Wissenschaftler eine essenzielle Basis für eine objektive Analyse der Risiken von Nanomaterialien.

Originaltitel

Mass flow analysis and environmental risk assessment of nanomaterials

Projektleitung

  • Prof. Bernd Nowack

Weitere Gesuchstellende

  • Prof. Konrad Hungerbühler
  • Dr. Martin Scheringer

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Bernd Nowack Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA Lerchenfeldstrasse 5
Postfach
9014 St. Gallen +41 71 274 76 82 nowack@empa.ch