Umweltverhalten und Toxizität

Nanomaterialien können in jeder Phase ihres Lebenszyklus in die Umwelt gelangen, von der Herstellung des Rohstoffs, sofern ein Produkt aus Nanomaterialien verwendet wird oder wenn dieses Produkt recycelt oder zu Abfall verarbeitet wird.

Aber was passiert mit diesen kleinen Partikeln, sobald sie in die Umwelt gelangen, wohin geraten sie und können sie schädlich sein?

Die möglicherweise negativen Auswirkungen von Nanomaterialien hängen von ihren Eigenschaften, wie zum Beispiel Partikelgröße und -oberfläche, sowie von den Eigenschaften der Umwelt ab, in die sie geraten wie zum Beispiel pH-Werte, Temperatur oder das Vorhandensein von Salzen oder anderen Stoffen.

 

Eigenschaften von Nanomaterialien steuern ihre Auswirkungen auf die Umwelt

Es ist notwendig, die nanospezifischen Eigenschaften dieser Materialien zu verstehen, um etwaige negative Auswirkungen auf die Umwelt zuverlässig bewerten zu können.

Sehr oft durchlaufen Nanopartikel sogar gleichzeitig mehrere Alterungsprozesse in der Umwelt wie zum Beispiel chemische Umwandlungen, die ihren Transport, Verbleib und letztlich ihr ökotoxikologisches Profil und ihr Bioakkumulationspotenzial verändern können.

All diese Faktoren machen es schwierig, die Auswirkungen von Nanomaterialien in verschiedenen Umgebungen vorherzusagen, und eine realistische Gefahren- und Risikobewertung ist schwieriger als bei konventionellen Chemikalien.

 

Fortschritte in der Wissenschaft schließen Wissenslücken

In den letzten zehn Jahren wurden im Bereich des Verbleibs in der Umwelt und des Verhaltens von Nanomaterialien ständig Fortschritte erzielt. Dies hat dazu geführt, dass viele der bestehenden Wissenslücken geschlossen wurden.

Die von der OECD entwickelten Testrichtlinien und Leitfäden für konventionelle Chemikalien gelten auch für Nanomaterialien. Es muss jedoch noch mehr getan werden, um spezifische Anforderungen zu schaffen, die nanospezifische Merkmale vollständig erfassen.

In den meisten Fällen liefern Standard-Toxizitätstests, wie zum Beispiel die Testleitlinien der OECD, zuverlässige Gefährdungsabschätzungen. Bei diesen Tests werden normalerweise Auswirkungen während einer bestimmten Lebensphase oder während der gesamten Lebensdauer eines Organismus untersucht.

Einige Ergebnisse von Forschungsprojekten in nicht standardmäßigen Tests ergaben jedoch in einigen wenigen Fällen Auswirkungen auf mehrere Generationen innerhalb einer Art oder Population. Bei einigen wirbellosen Wassertieren oder Bodenorganismen wie Würmern oder Pflanzen zeigte die Elterngeneration nur geringe oder gar keine Auswirkungen, aber das Wachstum, die Fortpflanzung oder die Physiologie der Nachkommen waren betroffen.

Es bedarf weiterer Forschungsarbeiten, um besser zu verstehen, wie diese Generationeneffekte durch die derzeitigen Risikobewertungsrahmen abgedeckt werden können.

 

Mini-Ökosystem zum Verständnis der größeren Umweltauswirkungen

Forscher arbeiten an neuen Ansätzen, um die längerfristigen Auswirkungen zu verstehen. Ein Beispiel hierfür ist eine mesokosmosbasierte Risikobewertung. Ein Mesokosmos ist ein Mini-Ökosystem, das versucht, einen bestimmten ökologischen Lebensraum mit wichtigen Arten zu kopieren.

Das Ziel ist es, die Exposition und Gefahren in einem einzigen Versuch und über mehrere Generationen hinweg zu bestimmen.

Ein Nachteil besteht darin, dass Analysemethoden zur Überwachung von Nanopartikeln in Mesokosmen und andere einfachere Tests oft nicht empfindlich genug sind, um ihr Verhalten vollständig zu erfassen – Informationen, die für die Verknüpfung der Wirkungen mit den Eigenschaften von Nanomaterialien von entscheidender Bedeutung sind.