Nanomaterialien. Daten und Fakten

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1 Daten und Fakten Nanomaterialien Vielfältige Eigenschaften und zahlreiche Anwendungen Ein Nanometer ist 1 Millionstel Millimeter. Nanomaterialien sind feinteilige oder feinstrukturierte chemische Stoffe mit besonderen technischen Eigenschaften. Die Dimensionen der Teilchen oder Strukturen liegen typischerweise zwischen 1 und 100 Nanometern. Die EU-Kommission hat im Oktober 2011 eine Empfehlung für eine regulativ nutzbare Definition des Begriffs "Nanomaterial" veröffentlicht. Danach gilt ein chemischer Stoff, der in Pulverform oder als Dispersion vorliegt, dann als Nanomaterial, wenn mehr als die Hälfte der Anzahl der Partikel in ein, zwei oder drei Außenmaßen (Länge, Breite, Höhe) zwischen 1 und 100 Nanometer groß sind. Ob und in welchem Ausmaß die Partikel aggregieren und agglomerieren, ist unerheblich. Es spielt auch keine Rolle, ob Nanomaterialien natürlichen Ursprungs sind, unbeabsichtigt bei menschlichen Tätigkeiten freigesetzt werden oder gezielt industriellen Prozessen entstammen. Welche Messmethode zu verwenden ist, konnte bisher nicht festgelegt werden, da die derzeitigen Messmethoden zu große Messunsicherheiten bei industriell hergestellten Produkten aufweisen. Die Nanomaterial-Definition der EU-Kommission führt erst dann zu Rechtsfolgen, wenn sie explizit in konkrete Vorschriften eingefügt wird. Aktuell wird die Nanomaterial-Definitionsempfehlung von der EU-Kommission überprüft. Folgende Nanomaterialien stellt die chemische Industrie derzeit her: Metalloxide und Metalle: zum Beispiel in Gummimischungen, Kunststoffen, Kompositmaterialien, Beschichtungen und Folien; nanoporöse Materialien: zum Beispiel in Dämm- oder Füllstoffen und als Trägermaterialien in der Elektrotechnik und für Katalysatoren; organische Halbleiter: zum Beispiel in OLEDs (Organische Licht Emittierende Dioden) und in der organischen Photovoltaik; Kohlenstoff-Nanoröhrchen: zum Beispiel für leitfähige Polymere und für Kompositmaterialien; Nanofasern: zum Beispiel in Dämm- oder Füllstoffen und als Trägermaterialien. Anwendungen für Nanomaterialien finden sich in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens. Sie eröffnen vielfältige Möglichkeiten für neuartige Produkte und Verfahren in fast allen Industriebranchen: Energie- und Umwelttechnik, Automobilindustrie, Medizintechnik, Optik, Bauindustrie sowie bei konsumnahen Produkten wie etwa bei Lacken und Farben, in der Kosmetik oder bei Arzneimitteln. Anwendungen im Energiebereich: Rund 80 Prozent künftiger Nano-Anwendungen werden im Bereich der Energieversorgung und -nutzung, beim Klimaschutz und bei der Ressourcenschonung liegen. Durch Effizienzsteigerungen und Verfahrensinnovationen tragen Nanomaterialien entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu technischen Durchbrüchen im Energiesektor bei: von der Erschließung der Primärenergie über Energiewandlung, -übertragung und -speicherung bis zur Nutzung beim Endkunden. Dies betrifft sowohl die Erschließung konventioneller Energieträger, beispielsweise durch hochtemperaturfeste Werkstoffe, als auch die Nutzung regenerativer Energiequellen durch Energiespeicher, Dünnschichtsolarzellen, Solarthermie, Brennstoffzellen, Hochtemperatur-Supraleiter oder thermoelektrische Energiewandler. Anwendungen im Automobilsektor: Nanomaterialien entfalten ein besonderes Innovationspotenzial in dem für Deutschland wichtigen Automobilsektor. Sie werden in Füllstoffen, Lacken, Verschleiß- und Korrosionsschutzmitteln, Energiespeichern und Leichtbau-Kompositmaterialien verwendet. 1

2 Deutschland gehört in der Nanotechnologie zur Weltspitze und ist in Europa führend Nach Angaben des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) waren im Jahr 2013 in Deutschland Unternehmen (175 mehr als 2011) in der Nanotechnologie tätig; 75 Prozent davon sind KMU. 29 Prozent der Unternehmen befassen sich mit der Nanotechnologie im Kerngeschäft, das heißt mit einem Anteil von mehr als 60 Prozent der Geschäftsaktivitäten. Die Beschäftigtenzahl im industriellen Nanotechnologiesektor im Jahr 2013 veranschlagt der VDI auf etwa Mitarbeiter (6.000 mehr als 2011); der Umsatz für 2013 wird auf 15 Milliarden Euro geschätzt (2 Milliarden Euro mehr als 2010). In der Kommerzialisierung hat Deutschland nach Unternehmensangaben im weltweiten Vergleich eine starke Position in der Mess- und Gerätetechnik, in der Optik und bei Nanomaterialien und Nano- Beschichtungen. Bei der Elektronik und teilweise bei Pharma liegt Deutschland hinter den USA und Asien. Bei der Nanotechnologieforschung liegt Deutschland nach Einschätzung der deutschen Forschungseinrichtungen auf Platz 2 hinter den USA (Quelle: VDI-Umfrage 2013). Deutschland ist nach den USA die Nummer 2 in der Nano-Forschung. Jedes neunte der weltweit angemeldeten Nano-Patente stammt aus Deutschland. Nur die USA und Japan melden mehr Patente an. Bezogen auf die Zahl der wissenschaftlichen Publikationen zur Nanotechnologie liegt Deutschland auf Platz 4 nach den USA, China und Japan. Innovationen fördern Die Bundesregierung und die Bundesländer fördern die Nanotechnologie (nach den letzten verfügbaren Zahlen für das Jahr 2011) mit rund 630 Millionen Euro pro Jahr; davon entfallen 266 Millionen Euro auf die Projektförderung der Bundesregierung, 80 Millionen Euro auf landesbezogene Förderung und 279 Millionen Euro auf nanobezogene Aktivitäten der institutionell geförderten Forschungseinrichtungen. Von den Ausgaben der Bundesregierung für die Nanotechnologie entfallen 26 Millionen Euro (und damit fast 10 Prozent) auf Vorsorge- und Risikoforschung sowie Begleitmaßnahmen. 2

3 Chemie ist wichtigste Anwenderbranche der Nanotechnologie Die chemische Industrie ist in der Nanotechnologie ein wichtiger Player. Etwa 40 Prozent des Umsatzes mit Nanotechnologie entfallen auf Unternehmen, die ihren wirtschaftlichen Schwerpunkt in der Chemie haben. Damit ist die Chemie die Nummer eins innerhalb dieser Schlüsseltechnologie. Jeder dritte sozialversicherungspflichtige Beschäftigte der Nano-Tech-Industrieunternehmen arbeitet bei einem Chemieunternehmen (Quelle: Statistisches Bundesamt). Eine Reihe deutscher Chemieunternehmen zählt zu den weltweit führenden Firmen auf dem Gebiet der Nanomaterialien. Vereinbarungen im Koalitionsvertrag Die Bundesregierung sieht in modernen Technologien keine Bedrohung, sondern eine Chance für Deutschland. Sie sieht ein besonderes Potenzial der Nanotechnologien in der Entwicklung neuer Werkstoffe. Die Sicherheitsforschung zu Nanomaterialien soll verstärkt werden. Der Nano-Dialog der Bundesregierung wird 2016 und 2017 mit einer fünften Staffel weitergeführt. Auftakt war die öffentliche Konferenz "10 Jahre NanoDialog der Bundesregierung" am 15. Juni 2016 in Berlin, in der insbesondere die Ergebnisse der letzten zwei Staffeln vorgestellt und diskutiert wurden. Schaffung von mehr Transparenz über Nanomaterialien auf dem Markt Der Bundesrat hat am 5. Juli 2013 die Bundesregierung in einer Entschließung aufgefordert, sich für die Schaffung einer Nano-Produktdatenbank in der EU einzusetzen. Er fordert die Bundesregierung zudem auf, die aus der Forschungsförderung des Bundes und den Forschungsaktivitäten der Bundesbehörden gewonnenen Erkenntnisse zu Eigenschaften und Wirkungen nanoskaliger Stoffe und Verbindungen in einer auch für die Verbraucher verständlich aufbereiteten Datenbank öffentlich zugänglich zu machen. In ihrer Stellungnahme zur Bundesratsentschließung vom 14. Oktober 2013 zu Nanoprodukt- Registern betont die Bundesregierung, dass sie es derzeit nicht für sinnvoll hält, national eigenständige Eckpunkte für ein Nanoprodukt-Register zu erarbeiten. Die Bundesregierung möchte aber daran mitarbeiten, die angesprochenen laufenden Prozesse voranzutreiben und gegebenenfalls die Eckpunkte für ein Nanoprodukt-Register in der EU aktiv begleiten. Sie begründet ihre Haltung mit noch fehlenden, für die Überwachung geeignete Analyseverfahren. den umfassenden Geltungsbereich der Empfehlung der EU-Kommission zur Definition von Nanomaterialien. sich gegenwärtig in Anpassung befindlichen Definitionen für Nanomaterialien in bestimmten sektoralen EU-Regelungen. der bevorstehenden Überprüfung der EU-Empfehlung zur Definition von Nanomaterialien im Jahr bereits bestehenden Melde- und Kennzeichnungspflichten. der Ankündigung der EU-Kommission, so bald wie möglich mehr Transparenz zu Nanomaterialien durch eine neue Internetseite zu schaffen und darüber hinaus weitere Optimierungsmöglichkeiten zu prüfen sowie einer informellen Expertengruppe aus Vertretern bestimmter EU-Mitgliedstaaten, die derzeit die Grundlagen für eine europäische Nano-Datenbank diskutiert. In ihrer Antwort vom 24. Oktober 2016 auf eine Kleine Anfrage von BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN begrüßt die Bundesregierung die Entscheidung der EU-Kommission zur Einrichtung eines EU-weiten Nano Observatory und dessen Ansiedlung bei der Europäischen Chemikalienagentur ECHA. Die Einrichtung eines deutschen Nanoproduktregisters sei derzeit nicht geplant. Mit dem EU-weiten Nano-Observatory könne auch die Reichweite bestehender Informationsangebote der Bundesregierung, insbesondere der Wissensplattform Da-Na2.0, deutlich erhöht werden. Das Nano- Observatory könne zudem genutzt werden, um Forschungseinrichtungen und Startups für eine frühe Auseinandersetzung mit möglichen Risiken von Materialinnovationen für Mensch und Umwelt zu motivieren und mit den Möglichkeiten einer anwendungssicheren und umweltverträglichen Materialund Produktgestaltung vertraut zu machen. Die Bundesregierung betont, dass ein Nano Observatory 3

4 ohne sachgerechte Anpassung der einschlägigen Regelungen nicht zielführend sei. Die Anpassung der einschlägigen Regelungen an Nanomaterialien, insbesondere der REACH-Verordnung, müsse zügig vorangetrieben werden, um spezifische Informationen zu Nanomaterialien und zum sicheren Umgang mit ihnen zu erhalten. Der VCI hält neue sektorenübergreifende Nanoprodukt-Register für nicht sachgerecht und für stigmatisierend für die Nanotechnologie. Der VCI unterstützt den Ansatz der EU-Kommission, mehr Transparenz über Nanomaterialien und diese enthaltende Produkte durch Nutzung bereits existierender Instrumente zu schaffen. EU-Kommission: Nanotechnologie ist eine wichtige Schlüsseltechnologie Die EU-Kommission bezeichnet die Nanotechnologie in ihrer am 3. Oktober 2012 vorgelegten Mitteilung zur zweiten Überprüfung des für Nanomaterialien geltenden Rechtsrahmens als "bahnbrechend". Die Nanotechnologie habe als wichtige Schlüsseltechnologie das Potenzial, umwälzende technologische Durchbrüche zu ermöglichen und das Wirtschaftswachstum in der EU wieder anzukurbeln. Die EU-Kommission hat zudem Angaben zu den Verwendungen von Nanomaterialien gemacht und eine Einschätzung zu deren Sicherheit gegeben. In ihren Ausführungen zur Sicherheit von Nanomaterialien betont die EU-Kommission, dass vielfältige wissenschaftliche Studien gezeigt hätten, dass Nanomaterialien "normalen" Chemikalien ähneln. Das Wissen über die Eigenschaften von Nanomaterialien wachse beständig. Mögliche Risiken seien mit bestimmten Nanomaterialien und spezifischen Verwendungsarten verbunden. Nanomaterialien seien nicht "per se" gefährlicher oder ungefährlicher als andere chemische Stoffe. Wie bei anderen Chemikalien auch sollte die Risikobewertung deshalb von Fall zu Fall erfolgen. Die derzeit verfügbaren Methoden zur Risikobewertung seien anwendbar. Als größte Herausforderung sieht die Kommission das Vervollständigen von Informationen über möglicherweise von Nanomaterialien ausgehenden Gefahren und die Entwicklung von Methoden für Messung und Bewertung der Exposition an. REACH betrachtet die EU-Kommission als den besten Rahmen für das Risikomanagement von Nanomaterialien. Denn REACH liefert die Stoffdaten auch für sektorale und mediale Regelungen. Für Nanomaterialien seien einige Klarstellungen und Präzisierungen in den Anhängen der REACH- Verordnung und im REACH-Leitfaden der europäischen Chemikalienagentur erforderlich nicht jedoch im Kerntext der Verordnung. So sieht die EU-Kommission kein Erfordernis für die Änderung von Fristen und Mengenschwellen und für eine eigene Stoffidentität für Nanomaterialien. Bis Anfang 2016 will die EU-Kommission einen konkreten Vorschlag zur nanospezifischen Anpassung der Anhänge der REACH-Verordnung zur Diskussion stellen. Die Empfehlung der EU-Kommission zur Definition des Begriffs Nanomaterialien soll in die EU- Rechtsvorschriften dort übernommen werden, wo dies zweckmäßig erscheint. Dabei betont die Kommission seit längerem, dass ihre ausschließlich größenbasierte Definition nicht heiße, dass als Nanomaterial definierte Produkte per se gefährliche Eigenschaften hätten. Um Informationen über Nanomaterialien leichter zugänglich zu machen, hat die EU-Kommission Ende 2013 eine Web-Plattform frei geschaltet. Sie enthält Hinweise auf alle verfügbaren einschlägigen Informationsquellen, darunter auch nationale oder branchenbezogene Register. Diese Vorgehensweise wird vom VCI unterstützt. In einem zweiten Schritt untersucht die EU-Kommission derzeit verschiedene Möglichkeiten, die Transparenz über Nanomaterialien weiter zu verbessern. Entscheidungen werden erst nach Abschluss eines Impact Assessments getroffen werden. Ergebnisse von mehr als 10 Jahren Nano-Sicherheitsforschung bewertet Im Herbst 2014 wurden umfangreiche Literaturreviews von Prof. Dr. Harald Krug, EMPA Schweiz, und von Dr. Frank von der Kammer, Universität Wien, zur Sicherheitsforschung bei Nanomaterialien publiziert. Krug hat Publikationen zur Toxikologie seit dem Jahr 2000 geprüft und bewertet; von der Kammer 376 Publikationen zur Freisetzung, Verhalten und Verbleib von Nanomaterialien in der Umwelt. Prof. Anders Baun, Technische Universität Kopenhagen, hat im Herbst 2016 ein Literaturreview zur Ökotoxikologie von Nanomaterialienveröffentlicht, für das 750 Publikationen ausgewertet wurden Die drei Review-Artikel sind als open access in der wissenschaftlichen Zeitschrift "Angewandte Chemie" erschienen. Harald Krug: "Nanosicherheitsforschung sind wir auf dem richtigen Weg?", 4

5 Stephan Wagner, Andreas Gondikas, Elisabeth Neubauer, Thilo Hofmann und Frank von der Kammer: "Finde den Unterschied: synthetische und natürliche Nanopartikel in der Umwelt Freisetzung, Verhalten und Verbleib", Lars Michael Skjolding, Sara Nørgaard Sørensen, Nanna Bloch Hartmann, Rune Hjorth, Steffen Foss Hansen, Anders Baun: "A Critical Review of Aquatic Ecotoxicity Testing of Nanoparticles The Quest for Disclosing Nanoparticle Effects", Die wichtigsten Studienergebnisse: Es gibt keine Hinweise auf eine spezifische (Öko-)Toxizität von natürlichen und industriell hergestellten Nanomaterialien. Nanomaterialien zeigen keine anderen Wirkmechanismen als andere Stoffe. Die (Öko-)Toxizität von Nanomaterialien muss, wie bei anderen Stoffen auch, im Einzelfall betrachtet werden. Nanomaterialien können in sehr kleinen Mengen grundsätzlich von allen Zellen aufgenommen werden und zwar über die Lunge sowie den Magen-Darmtrakt, nicht jedoch über die Haut. Sowohl bei toxikologischen als auch bei ökotoxikologischen Effekten spielt "oxidativer Stress" (das heißt eine das physiologische Ausmaß überschreitende Menge reaktiver Sauerstoffverbindungen in einer Zelle) eine wichtige Rolle. Nanomaterialien sind als natürliche Kolloide in der Natur weit verbreitet. Deren Konzentration liegt in der Regel um Größenordnungen über der industrieller Nanomaterialien. Alle Nanomaterialien neigen sehr stark zur Bildung von Agglomeraten, vor allem unter natürlichen Bedingungen. Die Oberflächenbeschichtung bestimmt das Umweltverhalten industriell hergestellter Nanomaterialien. Unbeschichtete oder Nanomaterialien mit abbaubarer Beschichtung verhalten sich ähnlich wie natürlich vorkommende Nanomaterialien. Für Nanomaterialien mit nicht-abbaubarer Beschichtung ist das Verhalten hingegen nicht aus natürlich vorkommenden Materialien ableitbar. Bei der Durchführung (öko-)toxikologischer Studien besteht deutlicher Verbesserungsbedarf und die Notwendigkeit zur Einhaltung von Qualitätskriterien (insb. zu Vermeidung von physikalischen Effekten der Partikel). Insofern ist eine zügige Arbeit an der Weiter- und Neuentwicklung der OECD Guidelines zur Testung von Chemikalien wichtig. Auch Studien, die keine Effekte gezeigt haben, sollten publiziert werden. 5