Royal Society (2004)
Arbeiter
Produktion Lab./Ind.
Freisetzung
Transport Freisetzung
Lagerung Freisetzung
Produkt Freisetzung
Produkt Freisetzung
Transport/Diffusion?
Transformation/Abbau?
Transport/Diffusion?
Verbraucher
Luft
Wasser
Nahrung
Freisetzung von fixierten Nanopartikeln aus Produkten bei Anwendung?
Potentielle Anwendung von Nanopartikeln in der Umwelt (z.B. Bodensanierung, Grundwasserreinigung?
Royal Society (2004)
Arbeiter
Produktion Lab./Ind.
Freisetzung
Transport Freisetzung
Lagerung Freisetzung
Produkt Freisetzung
Produkt Freisetzung
Transport/Diffusion?
Transformation/Abbau?
Transport/Diffusion?
Verbraucher
Luft
Wasser
Nahrung
Freisetzung von fixierten Nanopartikeln aus Produkten bei Anwendung?
Potentielle Anwendung von Nanopartikeln in der Umwelt (z.B. Bodensanierung, Grundwasserreinigung?
Thomas A. J. Kuhlbusch
Nanomaterialien –
Chancen, Risiken, Perspektiven
Dialog-Forum: Nanomaterialien am Arbeitsplatz Dortmund, 17. Januar 2011
Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V.
Luftreinhaltung &
Nachhaltige Nanotechnologie
Nanomaterial
Apple iPod NANO
TATA NANO
3sat NANO
• Nanomaterialien und deren
Einsatz sind ein Teilgebiet
der Nanotechnologie
ISO TS 27687 Nanomaterial ISO TS 12921
(externe oder interne Dimension im Nanometerbereich)
Nanoobjekt
Eine oder mehrere Dimensionen im Nanometerbereich
Nanostrukturiertes Material
interne oder Oberflächenstruktur im Nanometerbereich
Nano- faser (NF)
Nano- scheibe
Nano- partikel
(NP)
Nano- komposit
Nanomateri almischung
Schalen- strukturen
Materialien mit nano- strukturierter
Oberfläche Agglomerate
/ aggregate
Nanoskala
< 100 nm
Makroskala
> 100 nm
Definition für Nanomaterial
Faszination Nanomaterialien
Nano-Leiterbahnen
Fullerene und CNTs Nanodrähte
Quelle: www.wikipedia.de
Nanopartikel
Quelle: www.nanopartikel.info
Core-Shell
Quelle: cheed.nus.edu.sg/cheleejyl
The effects of vitamin C on ZnO crystal formation
Cho, S., et al.
CrystEngComm, 12, 968, 2010
Faszination Nanomaterial
Weltraumlift aus CNT mit “The Climber”
http://www.darkgovernment.com/news/japans- space-elevator
Quantendots
Embedding of magnetic nanoparticles in polycaprolactone nanofiber scaffolds to facilitate
bone healing and regeneration
J. Appl. Phys. 107, 09B307 (2010)
Fantner et al.
Nature Materials, Vol. 4, p.612-616
(August 2005)
Mit Nanosilber beschichteter Katheter beugt Infektionen vor.
© Fraunhofer-Gesellschaft
Nano-‘veredelte‘ Produkte mit Nanomaterialien Kosmetik
Reinigungsmittel Medizintechnik
Magnetische Nanopartikel zur Krebsbekämpfung
Oberflächenbeschichtung
Eine mit Nanostrukturen versehene Holzober- fläche weist Wassertropfen ab. ©Fraunhofer
Eine mit Nanostrukturen versehene Holzober- fläche weist Wassertropfen ab. ©Fraunhofer
Kleidung
Weitere
Nanomaterialanwendung
Boden: Altlastensanierung
Nano-Iron
Zangh et al., JNR 5: 323–332, 2003
Reduced graphene oxide and magnetite Chandra et al., ACS Nano, 4 (7), 3979–3986, 2010
Wasser: Reinigung
Energie: Erzeugung - Speicherung
Nano-Batterie-Projekt - Ein neuer Verbundstoff aus Kohlenstofffasern und Polymerharzen
www.e-mobility-21.de
Luft: NOx-Katalyse
http://www.baulinks.de/webplugin/2008/i/0217-lithonplus2.gif
Wirtschaftliche Entwicklung
http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
Wann kommt DER Durchbruch der Nanotechnologie ‐
von Nanomaterialien?
Nanotechnologie ist eine Querschnittstechnologie!
Nanomaterialien werden in verschiedensten Bereichen verwendet!
Nicht DER Durchbruch sondern viele Durchbrüche!
Die Chance ist da!
Die Ianus-köpfige Rolle der Nanomaterialien
Chancen Risiken
Ersatz für toxische Materialien Verringerter Energieverbrauch
Mobile NP zur Grundwassersanierung Wassersterilisation
Degradation von Schadstoffen Entfernung von Schadstoffen Medizinische Nutzung
Maßgeschneiderte Nutzung
Unbekannte Effekte Unbekannte Effekte Verbleiben in Umwelt Ökotoxizität Ökotoxizität Mobilisierung/Transport von Schadstoffen Ökotoxizität Höhere Mobilität, Ökotoxizität
Materialeffizienz Energieeffizienz
Mobilität Toxizität
Katalytische Aktivität Sorptive Kapazität
Zellaufnahme Funktionalisierung
B. Nowack (2009)
Sicherheit von Nanomaterialien
http://www.pnl.gov/nanotoxicology/
Expositions- beurteilung
Materialcha- rakterisierung
Gefährdungs- identifizierung und Toxikologie Risiko-
beurteilung Risiko-
management
Arbeitsplätze - Nano
Verpacken, Mischen, Suspendieren, Extruder, Schleifen, medizinischer Bereich, Forschung …..
Exposition – Dosis
airborne exposure
solid phase exposure liquid phase
exposure
workers
public consumer uptake via
respiratory tract
uptake via gastrointestinal
tract
uptake via skin
size and xy dependent uptake factor to derive the effective dose
deposition
1.0
particle diameter (µm)
0.8 0.6 0.4 0.2 0.8 0.6 0.4 0.2
0.8 0.6 0.4 0.2 0.4 0.2 0.4 0.2
0.01 0.1 1 10
ICRP 66 (1994); MPPDep (2000) total
extra- thoracic
bronchi bronchioli
alveoli
Luftgetragene Exposition
flüssigph.
Exposition
festph.
Exposition
Aufnahme durch die Lunge
Aufnahme durch die Haut
Aufnahme durch den Darmtrakt
Partikelgrößen- abhängiger Aufnahmefaktor
Î effektive Dosis
Arbeiter
Verbraucher
Öffentlichkeit
in Bronchoalveolar Lavage Flüssigkeit (BALF)
In‐vivo: Biokinetik und Toxizität
Dr. R. Landsiedel, BASF
Arbeitsplätze - Gesundheitsgefährdung
Risiko
G E F Ä H R D U N G S GG EE FF ÄÄ HH RR DD UU NN GG SS
E X P O S I T
I O N EE XX PP OO SS II TT
II OO NN
- P O T E N Z I A
L -- PP OO TT EE NN ZZ II AA
LL
in vitro / in vivo Biotesting in vitro / in vivo
Biotesting physikalische-
chemische Messung Modellierung physikalische-
chemische Messung Modellierung
R I S
I K O R R
I I S S
I I K K O O
Unsicherheit
nach Prof. Harald Krug, EMPA, CH
Perspektive
Chancen von Nanomaterialien
‐bieten viele Möglichkeiten
‐haben bereits wichtige Einsatzfelder
‐sind ein wichtiges, zusätzliches „Werkzeug“, um Probleme der Zukunft zu lösen; Themenfelder Energie, Wasser, Boden, Luft Sicherheit und Risiko von Nanomaterialien
‐trotz erheblicher Wissensgenerierung sind noch wichtige Sicherheitsfragestellungen zu bearbeiten
‐ für den Verbraucher, die Bevölkerung und die Umwelt
‐ für die ArbeiterInnen
‐offene Kommunikation und Diskussion um mögliche Risiken ist notwendig, um diese früh zu erkennen und zu minimieren
und um durch Erhalt der öffentlichen Akzeptanz eine nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten
Perspektive
Keine Entwicklung, kein Fortschritt ohne Risiko!
Wir brauchen aber Lösungen, Fortschritt für die anstehenden Probleme, z. B. in den Bereichen Energie, Trinkwasser,
Rohstoffknappheit, Klimawandel!
Nanotechnologie und Nanomaterialien sind dabei ein weiteres und wichtiges Werkzeug!
Aber dieser Fortschritt sollte so Sicher wie möglich sein und daher ist die Sicherheits‐ und Begleitforschung wichtig und notwendig, bereits am Arbeitsplatz.
