Nanomaterialien. Chancen, Risiken, Freisetzung Perspektiven. Thomas A. J. Kuhlbusch. Institut für Energieund Umwelttechnik e.v.

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1 Nanomaterialien Lagerung Produkt Chancen, Risiken, Freisetzung Perspektiven Freisetzung Arbeiter Produktion Lab./nd. Freisetzung Transport Freisetzung Thomas A. J. Kuhlbusch Transport/Diffusion? Transformation/Abbau? Produkt Freisetzung Freisetzung von fixierten Nanopartikeln aus Produkten bei Anwendung? Verbraucher nstitut für Energieund Umwelttechnik e.v. Luft Luftreinhaltung & Wasser Nachhaltige Nanotechnologie Nahrung Potentielle Anwendung von Nanopartikeln in der Umwelt (z.b. Bodensanierung, Grundwasserreinigung? Transport/Diffusion? Dialog-Forum: Nanomaterialien am Arbeitsplatz Dortmund, 17. Januar 2011 Royal Society (2004)

2 Nanomaterial Nanomaterialien und deren Einsatz sind ein Teilgebiet der Nanotechnologie Apple ipod NANO TATA NANO 3sat NANO

3 Definition für Nanomaterial SO TS Nanomaterial SO TS (externe oder interne Dimension im Nanometerbereich) Nanoobjekt Eine oder mehrere Dimensionen im Nanometerbereich Nanostrukturiertes Material interne oder Oberflächenstruktur im Nanometerbereich Nanofaser (NF) Nanoscheibe Nanopartikel (NP) Nanomateri almischung Nanokomposit Schalenstrukturen Agglomerate / aggregate Materialien mit nanostrukturierter Oberfläche Nanoskala < 100 nm Makroskala > 100 nm

4 Faszination Nanomaterialien Nano-Leiterbahnen Nanodrähte Core-Shell Quelle: cheed.nus.edu.sg/cheleejyl Fullerene und CNTs Nanopartikel Quelle: Quelle:

5 Faszination Nanomaterial The effects of vitamin C on ZnO crystal formation Cho, S., et al. CrystEngComm, 12, 968, 2010 Weltraumlift aus CNT mit The Climber Fantner et al. Nature Materials, Vol. 4, p (August 2005) Quantendots Embedding of magnetic nanoparticles in polycaprolactone nanofiber scaffolds to facilitate bone healing and regeneration J. Appl. Phys. 107, 09B307 (2010)

6 Nano- veredelte Produkte mit Nanomaterialien Kosmetik Oberflächenbeschichtung Eine mit Nanostrukturen versehene Holzoberfläche weist Wassertropfen ab. Fraunhofer Medizintechnik Kleidung Reinigungsmittel Mit Nanosilber beschichteter Katheter beugt nfektionen vor. Fraunhofer-Gesellschaft Magnetische Nanopartikel zur Krebsbekämpfung Weitere

7 Nanomaterialanwendung Boden: Altlastensanierung Wasser: Reinigung Nano-ron Zangh et al., JNR 5: , 2003 Energie: Erzeugung - Speicherung Reduced graphene oxide and magnetite Chandra et al., ACS Nano, 4 (7), , 2010 Luft: NOx-Katalyse Nano-Batterie-Projekt - Ein neuer Verbundstoff aus Kohlenstofffasern und Polymerharzen

8 Wirtschaftliche Entwicklung

9 Wann kommt DER Durchbruch der Nanotechnologie von Nanomaterialien?

10 Nanotechnologie ist eine Querschnittstechnologie! Nanomaterialien werden in verschiedensten Bereichen verwendet! Nicht DER Durchbruch sondern viele Durchbrüche! Die Chance ist da!

11 Die anus-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 Materialeffizienz Energieeffizienz Mobilität Toxizität Katalytische Aktivität Sorptive Kapazität Zellaufnahme Funktionalisierung Unbekannte Effekte Unbekannte Effekte Verbleiben in Umwelt Ökotoxizität Ökotoxizität Mobilisierung/Transport von Schadstoffen Ökotoxizität Höhere Mobilität, Ökotoxizität B. Nowack (2009)

12 Sicherheit von Nanomaterialien Risikobeurteilung Risikomanagement Expositionsbeurteilung Materialcharakterisierung Gefährdungsidentifizierung und Toxikologie

13 Arbeitsplätze - Nano Verpacken, Mischen, Suspendieren, Extruder, Schleifen, medizinischer Bereich, Forschung..

14 Exposition Dosis Luftgetragene airborne Exposition exposure Aufnahme uptake via durch respiratory die Lunge tract Arbeiter workers liquid flüssigph. phase Exposition exposure Aufnahme durch uptake via skin die Haut Partikelgrößenabhängiger size and xy dependent Aufnahmefaktor uptake factor to derive effektive the effective Dosisdose Verbraucher consumer solid festph. phase Exposition exposure uptake via Aufnahme durch gastrointestinal den Darmtrakt tract total Öffentlichkeit public deposition extrathoracic bronchi bronchioli alveoli particle diameter (µm) CRP 66 (1994); MPPDep (2000)

15 Arbeitsplätze - Gesundheitsgefährdung n vivo: Biokinetik und Toxizität in Bronchoalveolar Lavage Flüssigkeit (BALF) Dr. R. Landsiedel, BASF

16 Risiko G E F Ä H R D U N G S G E F Ä H R D U N G S E X P O S T O N E X P O S T O N - P O T E N Z A L - P O T E N Z A L in vitro / in vivo Biotesting in vitro / in vivo Biotesting physikalischechemische Messung Modellierung physikalischechemische Messung Modellierung R S K O R S K O Unsicherheit nach Prof. Harald Krug, EMPA, CH

17 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 Arbeiternnen 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

18 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.