Umweltverhalten von Kunststoffen und Nanomaterialien

Stoffe gelangen durch unterschiedlichste Prozesse in unsere Umwelt. Dabei ist für manche dieser Stoffe noch nicht geklärt, wie sie sich in der Umwelt verhalten, ob sie zum Beispiel mobil sind, sich in verschiedenen Kompartimenten anreichern, für Organismen verfügbar sind oder durch (a)biotische Einflüsse verändern. Am IUTA wird das Umweltverhalten (Fate) unterschiedlichster Stoffe in den verschiedenen Umweltkompartimenten (Luft, Wasser, Boden) untersucht. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt derzeit auf der Untersuchung von Nanomaterialien und (Mikro-)Plastikpartikeln in den Umweltkompartimenten Wasser, Boden und Luft. Sofern vorhanden werden die Untersuchungen nach ISO-, DIN- oder OECD-Vorschriften durchgeführt. Da dies allerdings vielfach nicht der Fall ist, erarbeitet und etabliert IUTA auch neue Vorgehensweisen, um innovativen Stoffen oder neuen Fragestellungen Rechnung zu tragen. Die Etablierung und Anpassung vorhandener Testrichtlinien für die Testung von Nanomaterialien auf internationaler Ebene gehört ebenfalls zum Aufgabenspektrum des IUTA.

Fragestellungen zur Mobilität, Anreicherung, Alterung in der Luft, im Wasser und im Boden wurden unter anderen in internationalen EU Projekten wie MARINA, NanoFASE und in nationalen Projekten wie nanoGEM, CarboLifeCycle, nanoGRAVUR, subµTrack, innoMatLife oder iMulch erfolgreich untersucht.

Abbildung: Mobilitätsuntersuchung von TiO2-Nanomaterialien nach OECD TG 312

Ansprechpartner

Dr. rer. nat. Carmen Nickel
nickel@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418 – 209

Aktuelle Projekte

nanoGRAVUR

Das Projekt „nanoGRAVUR – nanostrukturierte Materialien – Gruppierung hinsichtlich Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutz und Risikominimierung“, gefördert durch das BMBF, untersucht Möglichkeiten zur Minimierung des Testaufwandes zur Risikobewertung von Nanomaterialien. Am IUTA finden dabei unter anderem experimentelle Untersuchungen zum Verbleib und zur Alterung der Materialien im aquatischen Kompartiment und in Böden statt. Projekt-Webseite: www.iuta.de/nanogravur.

NanoFASE

Das Projekt „nanoFASE – Fate and Exposure models for you“, gefördert von der EU im Rahmen des H2020 Forschungsprogramms, behandelt die Freisetzung, Umwandlung und den Verbleib von Nanomaterialien in der Techno- und Ecosphäre. IUTA ist, neben Zuarbeiten zu verschiedenen anderen Arbeitspaketen, experimentell an Untersuchungen zur quantifizierbaren Freisetzung von Nanomaterilaien während der Müllverbrennung (WP5), zum atmosphärischen Verbleib von Nanomaterialien und zu deren Einfluss auf die Atmosphärenchemie (WP6), sowie zur Mobilität in Böden (WP7) beteiligt. Projekt-Webseite: www.nanofase.eu.

SubµTrack

In dem vom BMBF geförderte Verbundvorhaben SubµTrack werden innovative Analyse- und Bewertungsmethoden erarbeitet, die es erlauben, Plastikpartikel im submiktrometer Bereich in unterschiedlichen Proben und Prozessen zu analysieren und deren Toxizität zu beurteilen. Das Projekt gliedert sich in drei Schwerpunkte: Entwicklung von Technologien zur Analyse von Submikroplastik. Darüber hinaus wird untersucht, ob und in welchem Ausmaß Schadstoffe an Submikroplastik adsorbieren und welchen Einfluss dies auf die Umweltwirkung von Submikroplastik hat. Die Umweltwirkung wird umfassend im zweiten Schwerpunkt analysiert, der sich mit der toxikologischen Bewertung für die aquatische Umwelt und die menschliche Gesundheit befasst. Im dritten Schwerpunkt werden soziale, politische und rechtliche Aspekte beleuchtet. Das IUTA übernimmt im Projekt Teile der Materialcharakterisierung, der Probenahme und Analyse.

iMulch

Kunststoff stellt in der Umwelt ein immer größeres Problem für die einzelnen Ökosysteme dar. Acker- und Gartenböden, insbesondere, wenn auf ihnen so genannte „Mulchfolien“ eingesetzt werden, sind entsprechend mit Kunststoff ‚belastet‘. In dem vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Projekt iMulch wird zunächst untersucht, welche Plastikpartikelgrößen und -mengen sowie welche Polymertypen in den Boden gelangen können. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt darin zu untersuchen, ob der Kunststoff oder dessen Degradationsprodukte Bodengefüge, Bodenfunktion, Bodenbiologie und Drainagewässer (negativ) beeinflussen. Schließlich wird im Rahmen des Vorhabens untersucht,  ob biologisch abbaubare Folien eine vorteilhafte Alternative zu konventionellen Folien darstellen.

InnoMatLife

Die Nanosicherheitsforschung der letzten 20 Jahre hat sich intensiv der Erforschung möglicher negativer Begleiterscheinungen und deren Vermeidung gewidmet. Der Schwerpunkt lag dabei insbesondere auf Nanomaterialien aus reinen Substanzen mit enger Größenverteilung und überwiegend sphäroidaler Morphologie (z. B. Titandioxid, Zinkoxid). In der Praxis sind jedoch weit mehr Materialformen im Einsatz. Häufig werden z. B. Hybridmaterialien, bestehend aus zwei oder mehr Substanzen, eingesetzt Inwieweit Erkenntnisse der bisherigen Nanosicherheitsforschung auf diese komplexeren Materialgruppen übertragbar sind, ist nicht geklärt. Ein wesentliches Ziel des vom BMBF geförderten Projekts InnoMat.Life liegt in der Schaffung oder Erweiterung von Kriterienkatalogen, nach denen auch komplexe Materialien hinsichtlich ihrer Gefährdungs- und Risikopotenziale gruppiert werden können. Das Projekt InnoMat.Life betrachtet dabei die Exposition und das Gefährdungspotenzial für den Menschen (d. h. Verbraucher- und Arbeitsschutz) und die Umwelt. Weithin berücksichtigt es den Lebenszyklus der Materialien von der Synthese bis zur Entsorgung.

Publikationen

Kühnel, D., Nickel, C., Hellack, B., van der Zalm, E., Kussatz, C., Herrchen, M., MEisterjahn, B., Hund-Rinke, K. (2019): Closing gaps for environmental risk screening of engineered nanomaterials. Nanoimpact 15: 100173. PP. 11

Hund-Rinke K, Schlich K, Kühnel D, Hellack B, Kaminski H, Nickel C (2018) Grouping concept for metal and metal oxide nanomaterials with regard to their ecotoxicological effects on algae, daphnids and fish embryos NanoImpact 9:52-60 doi:https://doi.org/10.1016/j.impact.2017.10.003

Nickel C, Gabsch S, Hellack B, Nogowski A, Babick F, Stintz M, Kuhlbusch TA (2015) Mobility of coated and uncoated TiO2 nanomaterials in soil columns–Applicability of the tests methods of OECD TG 312 and 106 for nanomaterials J Environ Manage 157:230-237 doi:10.1016/j.jenvman.2015.04.029

Gutleb, A.C., Cambier, S., Fernandes, T., Georgantzopoulou, A., Kuhlbusch T., Lynch, I., Macken, A.L., Mehennaoui, K., Moeller, R., Nickel, C., Peijnenburg, W., Serchi, T. (2015): Environmental Fate and Effects of Nanomaterials in Aquatic Freshwater Environments. Nanomaterials – A Guide to Fabrication and Applications Edited by Sivashankar Krishnamoorthy, CRC Press 2015.

Peijnenburg, W.J.G.M., Baalousha, M., Chen, J., Chaudry, Q., Von Der Kammer, F., Kuhlbusch, T.A.J., Lead, J., Nickel, C., Quik, J.T.K., Renker, M., Wang, Z., Koelman, A.A. (2014): Processes Affecting Transport, Behavior and Fate of Nanoparticles in the Environment: An Overview. Critical Reviews in Environmental Science and Technology 45, 2084-2134.

Cornelis, G., Hund-Rinke, K., Kuhlbusch, T.A.J., Van den Brink, N., Nickel, C. (2014): Fate and bioavailability of engineered nanoparticles in soils: a review. Critical Reviews in Environ. Sci.  Technol., 44 (24): 2720-2764.

Gartiser, S., Nickel, C., Stintz, M., Damme, S., Schaeffer, A., Erdinger, L., Kuhlbusch, T.A.J. (2014): Behaviour of nanoscale titanium dioxide in laboratory wastewater treatment plants according to OECD 303 A. Chemosphere, 104: 197-204.

Kuehnel, D.  & Nickel, C. (2014): The OECD expert meeting on ecotoxicology and environmental fate — Towards the development of improved OECD guidelines for the testing of Nanomaterials, Short Communication. Science of the Total Environment 472:  347–353.