Nachhaltige Innovation von Nanoprodukten

Transkript

1 Materials Science & Technology Nachhaltige Innovation von Nanoprodukten C. Som, M. Halbeisen Nachhaltige Produkte keine schädliche Wirkung für Mensch und Umwelt hohe Produkte-Qualität Minimierung der Fehlinvestitionen Nachhaltige Innovation bedeutet maimaler Nutzen und minimale Risiken 2

2 Risiko für Mensch und Umwelt Risiko = schädliche Wirkung Eposition Das Risiko kann minimiert werden, indem die schädliche Wirkung und/oder die Eposition minimiert werden. 3 Ausgangslage Nanomaterialien ermöglichen neue oder verbesserte Eigenschaften für Produkte - am Beispiel von Tetilien: antibakteriell verstärkt flammhemmend Färbbarkeit UV-Schutz leitend wasserabweisend selbstreinigend anti-static Die Wirkungen der synthetischen Nanopartikel (NP) auf die Gesundheit und Umwelt sind noch unklar Sichere Produkte: Solange die Wirkung der NP auf die Gesundheit und Umwelt unklar sind, muss die Eposition gegenüber unabsichtlicher Freisetzung von NP aus Podukten während des Produkte-Lebenszyklus minimiert werden. 4

3 Risiken Lebenzyklus des Produktes Eposition Produktion Nutzung Entsorgung Schicksal der NP Ressourcen Wirkung Technosphäre: Kläranlage, Kehrichtverbrennung, Deponie, Recycling Systeme Biota NP - Freisetzung Umwelt-Kompartimente: Wasser, Boden, Luft Mensch Abfälle 5 Nanomaterialien (NM) Nanomaterialien Synthetische Nanopartikel (NP) ( nano-objects, ISO 2008) Nanostrukturierte Materialien Materialien mit Nanopartikel z.b. Nanokomposite Materialien ohne Nanopartikel z.b. nanoporöse Fasern oder Beschichtung z.b. nanometer dünne Schichten 6

4 Einbettung der NM in Tetilien Faserherstellung mit NP Nanotetilien ihre Funktion basiert auf Nanomaterialien Veredelung mit NP Nanotetilien ohne NP Nanokomposit-Fasern mit NP Nanofasern mit NP NP an der Faseroberfläche NP in einer Beschichtung auf der Faseroberfläche Nanofasern aus Kohlenstoffnanoröhrchen Nanometer dünne Beschichtungen Mikrometer dünne Beschichtungen mit Nanostrukturen Nanostrukturierte mikrometer grosse Partikel auf der Faseroberfläche oder in der Beschichtung Nanofasern ohne NP Selbstorganisierende Monoschichten Mikro- und nanostrukturierte Faseroberflächen Nanoporöse Fasern oder Beschichtungen Nanostrukturierte Oberflächen 7 Interne Freisetzungsfaktoren - Design Ort der Einbettung der NP: in Faser an Faseroberfläche in Beschichtung Bindung zwischen NP und Fasermaterial: kovalente Bindung ionische Bindung Wasserstoffbrücken Van-der-Waals-Kraft Art des NP: photokatalytisch aktiv/nicht aktiv NP Funktionalisierung des NP Benetzbarkeit der NP Art des Fasermaterials: physikalische und chemische Eigenschaften des Fasermaterials Querschnitt der Fasern Kompatibilität von Fasermaterial und Beschichtung 8

5 Eterne Freisetzungsfaktoren Eterne Einwirkung mechanisch (z.b. Reibung, Druck) UV Produkt-Lebenszyklus Produktion Nutzung Entsorgung Wasser Schweiss Mikroben Lösungsmittel Detergentien Hitze Materialalterung 9 Minimale Eposition: Stabile Integration Stabilitätsfaktoren Stabilität der Integration der NP tendenziell höher tendenziell tiefer Ort der NP in der Faser an der Faseroberfläche vollständig in der Faser eingebettet im Kern einer Kernmantelfaser in der Faser nur teilweise in der Faser eingebettet im Mantel einer Kernmantelfaser in der Beschichtung in beschichteter Faser in unbeschichteter Faser Bindung zwischen NP und Tetil kovalent nicht kovalent Eigenschaft der NP nicht photokatalytisch photokatalytisch Benetzbarkeit hoch Benetzbarkeit tief Eigenschaft des Tetils resistent gegenüber Reibung NP in fleibler Beschichtung wenig resistent gegenüber Reibung NP in spröder Beschichtung 10

6 Zwischenbilanz Unabsichtliche Freisetzung der NP oder anderer nanoskaligen Materialien während jeder Phase des Produkt-Lebenszyklus möglich Viele verschiedene NP und Nanomaterialien in Tetilien einsetzbar Abklärung der Wirkung auf Mensch und Umwelt und technische Systeme dauert noch Jahre. Unabsichtliche Eposition beeinflussbar durch das Design der Tetilien und der Berücksichtigung der äusseren Einwirkungen über den Produkt- Lebenszyklus Je weniger NP unabsichtlich freigesetzt werden, desto höher ist die Produktequalität nachhaltige Nanotetilien = hohe Produktequalität 11 Chancen und Risiken sinkender/steigender Energie- und Material-Verbrauch Einsatz/Substitution von gefährlichen Substanzen Einsatz nachwachsender Ressourcen sinkende /steigende Ausbeutung und Verlust von seltenen Ressourcen produktübergreifende Kontaminierung vereinfachtes/erschwertes Recycling Produktion Nutzung Entsorgung Ressourcen NP - Freisetzung Abfälle Technosphäre: Kläranlage, Kehrichtverbrennung, Deponie, Recycling Systeme Umwelt-Kompartimente: Wasser, Boden, Luft Biota Mensch 12

7 Schlussfolgerungen Die systematische Abschätzung der Chancen und Risiken eines neuen Produktes über den Produktlebenszyklus fördern nachhaltige Produkte von hoher Qualität und Funktionalität. Neben den Risiken für die Gesundheit und Umwelt können auch weitere Risiken minimiert werden: Fehlinvestitionen in wenig ertragreiche Entwicklungspfade Probleme mit zukünftiger Gesundheit/Umwelt/Abfall-Regulation teure Materialien hoher Energieverbrauch und schlechte Konsumenten-Akzeptanz. nachhaltige Nanotetilien = erfolgreiche Produkte 13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dieses Projekt wurde finanziert durch: Weitere Information: 14