Nanoprodukte Identifikation und Exposition ABSCHLUSSBERICHT

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1 Nanoprodukte Identifikation und Exposition (Grundlagenforschungsprojekt des Forschungsschwerpunktes NANO Environment, Health and Safety) ABSCHLUSSBERICHT Laufzeit: Auftraggeber: Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit) vertreten durch: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbh (FFG) Projektkonsortium: Außeninstitut der Montanuniversität Leoben BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbh Mondi Uncoated Fine & Kraft Paper GmbH Umweltbundesamt GmbH Graz,

2 INHALTSVERZEICHNIS Inhaltsverzeichnis... II Abbildungsverzeichnis... VII Tabellenverzeichnis... VIII Abkürzungsverzeichnis... IX Abstract... XI Zusammenfassung... XII Hintergrund Zielsetzung des Vorhabens Methodik Fragebogenerhebung Erstellung des Fragebogens Befragung Auswertung Vertiefende Leitfadeninterviews Workshop Identifizierung von in Österreich produzierten bzw. für die Herstellung von Produkten verwendeten Nanomaterialien Branchenzugehörigkeit und Geschäftsfelder der befragten Unternehmen Produktion und Verwendung von Nanomaterialien für die Herstellung von Produkten/Erzeugnissen Produktion von Nanomaterialien Herstellung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Herstellung von Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Marktrelevanz der produzierten/verwendeten Nanomaterialien und Nanoprodukten Entwicklungsphasen von in Österreich produzierten Nanomaterialien bzw. Produkten/Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten Marktnahe in Österreich produzierte Nanomaterialien bzw. Produkte/Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten II

3 4.4 Kriterienfrage Nanoprodukt An REACH angelehnte Expositionsszenarien zu Nanomaterialien Expositions und Risikobewertung gemäß REACH Expositionsbewertung von Nanomaterialien Eine Herausforderung Beispiele für an REACH angelehnte Expositionsszenarien Nanomaterialrelevante Expositionsszenarien aus der Farben- und Lackbranche Nanomaterialrelevante Expositionsszenarien bei CNTs Zukünftige Entwicklungen und Regulierungs-Empfehlungen Abschätzung zukünftiger Entwicklungen Regulierungsempfehlungen Schärfung der Definition von Nanomaterialien Erstellung eines EU-weiten harmonisierten Nano-Registers Erstellung einer Guidance zur Ermittlung, ob die Definition von Nanomaterialien erfüllt wird Erstellung von Guidance-dokumenten zur Gestaltung von Nano- Expositionsbewertungen Schaffung klarer EU-weiter rechtlicher Rahmenbedingungen Literaturverzeichnis ANHANG A1 Gesamtergebnisse A1.1 Branchenzugehörigkeit der teilnehmenden Organisationen A1.2 Hauptaussagen der teilnehmenden Organisationen A1.3 Produktion von Nanomaterialien A1.4 Herstellung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten A1.5 Herstellung von Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten A1.6 Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten A2 online-fragebogen Projekt NanoProdEx A2.1 Einleitungstext A2.2 Branchenzugehörigkeit nach Hauptanwendergruppen A2.3 Branchenzugehörigkeit nach Endverwendungssektoren A2.4 Hauptaussagen der teilnehmenden Organisationen III

4 A2.5 Selbsteinschätzung der teilnehmenden Organisationen über die Einstufung der produzierten/verwendeten Materialien als Nanomaterialien A2.6 Produktion von Nanomaterialien A2.6.1 Auflistung der produzierten Nanomaterialien A2.6.2 Auflistung der zutreffenden Prozesse für die Produktion von Nanomaterialien A2.6.3 Angaben zur Form der Nanomaterialien in den Produktionsprozessen A2.6.4 Angaben zu den Entwicklungsphasen der produzierten Nanomaterialien A2.6.5 Angaben über die Form der produzierten Nanomaterialien beim Verkauf A2.6.6 A2.6.7 Angaben über die Art der Kundeninformation über die produzierten Nanomaterialien Einschätzung der teilnehmenden Organisationen über den Informationsgrad der Kunden hinsichtlich der produzierten Nanomaterialien A2.7 Herstellung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten A2.7.1 Auflistung der für die Herstellung von Produkten verwendeten Nanomaterialien A2.7.2 Auflistung der hergestellten Produkte, die Nanomaterialien enthalten A2.7.3 A2.7.4 A2.7.5 A2.7.6 A2.7.7 A2.7.8 Angaben über den maximal gewichtsmäßigen Anteil der Nanomaterialien in den hergestellten Produkten Auflistung der zutreffenden Prozesse für die Verwendung von Nanomaterialien in den hergestellten Produkten Angaben über die Form der verwendeten Nanomaterialien in den Produktionsprozessen Angaben zu den Entwicklungsphasen der hergestellten Produkte, die Nanomaterialien enthalten Angaben über die Art der Kundeninformation über die verwendeten Nanomaterialien in den hergestellten Produkten Einschätzung der teilnehmenden Organisationen über den Informationsgrad der Kunden hinsichtlich der verwendeten Nanomaterialien A2.8 Herstellung von Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten A2.8.1 Auflistung der für die Herstellung von Erzeugnissen verwendeten Nanomaterialien A2.8.2 Auflistung der hergestellten Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten A2.8.3 Angaben über den maximal gewichtsmäßigen Anteil der Nanomaterialien in den hergestellten Erzeugnissen IV

5 A2.8.4 A2.8.5 A2.8.6 A2.8.7 A2.8.8 Auflistung der zutreffenden Prozesse für die Verwendung von Nanomaterialien in den hergestellten Erzeugnissen Angaben über die Form der verwendeten Nanomaterialien in den Produktionsprozessen Angaben zu den Entwicklungsphasen der hergestellten Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten Angaben über die Art der Kundeninformation über die verwendeten Nanomaterialien in den hergestellten Erzeugnissen Einschätzung der teilnehmenden Organisationen über den Informationsgrad der Kunden hinsichtlich der verwendeten Nanomaterialien A2.9 Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten A2.9.1 Auflistung der in den verwendeten Produkten enthaltenen Nanomaterialien A2.9.2 Auflistung der verwendeten Produkte, die Nanomaterialien enthalten A2.9.3 A2.9.4 A2.9.5 A2.9.6 A2.9.7 Angaben über den maximal gewichtsmäßigen Anteil der Nanomaterialien in den verwendeten Produkten Auflistung der zutreffenden Prozesse für die Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Angaben über die Form der verwendeten Produkte, die Nanomaterialien enthalten Angaben zur Art der Kundeninformation über die verwendeten Produkte, die Nanomaterialien enthalten Einschätzung der teilnehmenden Organisationen über den Informationsgrad der Kunden hinsichtlich der verwendeten Produkte, die Nanomaterialien enthalten A2.10 Frage über bestehendes Interesse, an einem Interview teilzunehmen A2.11 Abfrage der Kontaktdaten A2.12 Abschließende Seite A3 Leitfaden für Experteninterviews A4 Verfahrenskategorien unter REACH A5 Staubigkeit eines Pulvers A6 Programm des NanoProdEx-Workshop Umgang mit Nano-Exposition unter REACH A7 Präsentationsunterlagen des Workshops Umgang mit Nano-Exposition unter REACH V

6 A8 Orientierungshilfe für die industrielle Anwendung von Nanomaterialien (nachgeschalteter Anwender) A9 Projektflyer VI

7 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Branchenzugehörigkeit nach Hauptanwendergruppen Abbildung 2: Branchenzugehörigkeit nach Endverwendungssektoren Abbildung 3: Auflistung der produzierten Nanomaterialien Abbildung 4: Auflistung der für die Herstellung von Produkten verwendeten Nanomaterialien Abbildung 5: Auflistung der hergestellten Produkte, die Nanomaterialien enthalten Abbildung 6: Auflistung der für die Herstellung von Erzeugnissen verwendeten Nanomaterialien Abbildung 7: Auflistung der hergestellten Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten Abbildung 8: Auflistung der in den verwendeten Produkten enthaltenen Nanomaterialien Abbildung 9: Auflistung der verwendeten Produkte, die Nanomaterialien enthalten Abbildung 10: Angaben zu den Entwicklungsphasen der produzierten Nanomaterialien Abbildung 11: Angaben zu den Entwicklungsphasen der hergestellten Produkte, die Nanomaterialien enthalten. 36 Abbildung 12: Angaben zu den Entwicklungsphasen der hergestellten Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten Abbildung 13: a) Diamant, b) Graphit, c) Lonsdaleit, d) Buckminsterfullerene (C60), e) C540 f) C70 g) Amorpher Kohlenstoff h) Nanoröhrchen (Kohlenstoff, 2013) Abbildung 14: Single walled carbon nanotubes und multi walled carbon nanotubes Abbildung 15: Grundbestandteile eines Beschichtungsstoffes Abbildung 16: Lagerhalle der Fa. Rembrandtin Abbildung 17: Kumulative Partikelgrößenverteilung eines TiO 2 -Pulvers Abbildung 18: Herstellung von Beschichtungsstoffen Abbildung 19: Schutzkleidung für Mitarbeiter der Fertigung Abbildung 20: Anschneiden eines Pulversackes beim Einfüllen des Pulvers Abbildung 21: Entleeren der Papiersäcke in den Rührbehälter Abbildung 22: Zugvorrichtung für den Transport größerer Mengen Abbildung 23: Rührkesselserie mit Folie verschlossen Abbildung 24: Rührkessel mit Folie verschlossen Abbildung 25: Rührkesselserie Abbildung 26: Beim Rollen ist auf eine möglichst gleichmäßige Benetzung der Rolle mit Beschichtungsmaterial zu achten. Hilfreich dabei ist ein sogenanntes Abrollgitter Abbildung 27: Beim Arbeiten mit der Druckluftpistole sind entsprechende Schutzmaßnahmen wie entsprechende Maske und Arbeitskleidung unbedingt empfohlen Abbildung 28: REM-Aufnahme von auf Katalysator gewachsenen CNTs (inkl. Katalysator) Abbildung 29: TEM eines 20 nm CNT Strangs der aus mehreren CNTs aufgebaut ist Abbildung 30: REM Aufnahme von gereinigten CNTs: Typische Agglomeratgrößen von wenigen µm bis zu 200 µm VII

8 Abbildung 31: Einschaufeln des CNT-Materials nach der Herstellung in den Trockenofen Abbildung 32: SMPS (SCANNING MOBILITY PARTICLE SIZER), Fa. TSI Abbildung 33: Messung: Anzahlsverteilungsdichten für Hintergrund, Einschaufeln von CNT und Betrieb des Trockenofens nach Zugabe Abbildung 34: CVD-Reaktor Abbildung 35: Extruder Abbildung 36: Messung: Anzahlsverteilungsdichten für Hintergrund, CVD Reaktor (Herstellung) und Extruder (Verarbeitung).99 Abbildung 37: Prognostizierter Weltmarkt für Nanotechnologien in Milliarden US-Dollar.102 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: Nanomaterialrelevante Angaben zu verschiedenen Pigmenten Tabelle 2: Charakterisierung/ Agglomeration/Aggregation der CP-MWT (von C-Polymer hergestellten CNTs) VIII

9 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS µg Mikrogramm A Abb. Ag ASchG bzw. CLP cm CNT(s) d Dr. ECHA EN engl. etc. EU f./ff. Fa. g GmbH h ISO Kap. kg bw Kg l m Mag. MAK mg Anhang Abbildung Silber Arbeitnehmer/innenschutzgesetz beziehungsweise Classification, Labelling and Packaging of Substances and Mixtures Zentimeter Carbon Nano Tubes (Kohlenstoffnanoröhren) Tag(e) Doktor Europäische Chemikalienagentur Europäische Norm englisch et cetera Europäische Union folgende/n Firma Gramm Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stunde International Organization of Standardization Kapitel kilogramm body weight Kilogramm Liter Meter Magister Maximale Arbeitsplatz-Konzentration Milligramm IX

10 Min. Minute Mio. Million(en) mm Millimeter Mrd. Milliarde(n) MWCNT(s) Multi Wall Carbon Nano Tubes NM Nanomaterial(ien) nm Nanometer Nr. Nummer o.d. ohne Datum OECD Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung PROC(s) process categories REACH Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals s Sekunde S. Seite s. siehe SiO 2 Siliziumdioxid TiO2 Titandioxid u.u. unter Umständen US United States usw. und so weiter vgl. vergleiche z.b. zum Beispiel ZnO Zinkoxid X

11 ABSTRACT The project NanoProdEx has targeted on the identification of nanomaterials produced or used in Austria and aimed on the derivation and description of representative exposure scenarios of nano products according to REACH, regarding their relevance for both, employees and consumers. To evaluate the state of the art of nano products produced or used in Austria, a questionnaire has been developed for the distribution on national level, based on the ECHA guidance on information requirements and chemical safety assessment and the Commission s recommendation of October 18 th, 2011 on the definition of nanomaterial. The results of this questionnaire show a broad bandwidth concerning the industry membership of companies and a broad scope of nanotechnological applications, from rather classical materials and products to the point of high tech sectors like electronics, optics or new materials. Many of these nano products still find themselves in the stage of research and development, even though the results also indicate a considerable amount of already marketed nanotechnological products. The quantity of nano players in Austria may be bigger than mapped so far, however the chance of consistent, transparent and coherent representation and information for consumers is lacking under current conditions. By guided interviews with selected companies, one producer of Carbon nanotubes and one downstream user of classical process-nanomaterials could be won over to gain companyrelated information for the preparation of exposure scenarios and exposure assessments. For both cases, exposures have been demonstrated and exemplified (use of varnish respectively Carbon nano products). Besides the identification of Austrian nano products and the presentation and the exemplary assessment of exposures, the project s results especially bundle themselves in the recommendations on regulations (chapter 6.2) and the guide for downstream users (chapter A8). XI

12 ZUSAMMENFASSUNG Das Projekt NanoProdEx zielte auf die Identifizierung von in Österreich produzierten bzw. für die Produktion verwendeten Nanomaterialien sowie eine Ableitung und Beschreibung repräsentativer Expositionsszenarien von Nanoprodukten ab. Dies geschah unter Berücksichtigung der REACH-Verordnung, die Expositionsbewertung für die Risikobewertung gefährlicher Stoffe vorsieht. Um mögliche Risiken besser abschätzen zu können, müssen die Ergebnisse aus der Gefahrenbewertung eines Stoffes einer Expositionsbewertung gegenübergestellt werden. Die Expositionsszenarien wurden entsprechend deren Relevanz für Arbeitnehmer/innen und Verbraucher/innen ausgewählt. Basierend auf den ECHA-Leitlinien zu Informationsanforderungen und Stoffsicherheitsbeurteilung sowie der Empfehlung der Kommission vom 18. Oktober 2011 zur Definition von Nanomaterialien wurde ein Fragebogen entwickelt, der auf nationaler Ebene verteilt wurde. Die Ergebnisse des Fragebogens zeigen eine große Bandbreite hinsichtlich der Branchenzugehörigkeit von Unternehmen sowie des Spektrums nanotechnologischer Anwendung von eher klassischen Materialien/Produkten bis hin zu Hightechbereichen wie Elektronik, Optik oder neuer Werkstoffe. Viele dieser nanotechnologischen Produkte befinden sich trotz der beachtlichen Anzahl marktrelevanter Nanoprodukte noch in der Forschung und Entwicklung. Die Anzahl an österreichischen Nano-Playern dürfte dennoch sehr viel höher sein als bisher abgebildet. Für Konsument/innen ist unter den heutigen Voraussetzungen keine lückenlose, transparente und verständliche Darstellung und Information über marktrelevante Nanoprodukte in Österreich möglich. Mittels vertiefender Leitfadeninterviews mit Unternehmen konnte sowohl ein Hersteller von Kohlenstoffnanoröhren sowie ein nachgeschalteter Anwender von klassischen Prozessnanomaterialien gewonnen werden, die bereit waren, Informationen für die Erstellung von Expositionsszenarien und Expositionsabschätzung zur Verfügung zu stellen. Für beide Fälle wurden Expositionen dargestellt und beispielhaft abgeschätzt (Herstellung/Anwendung von Lacken bzw. Herstellung/Anwendung von Kohlenstoffnanoröhren-hältigen Produkten). Neben der Erhebung von österreichischen Nanoprodukten und der Darstellung und beispielhaften Abschätzung von Expositionen bündeln sich die Projektergebnisse insbesondere in den Regulierungsempfehlungen (siehe Kapitel 6.2) sowie einer Orientierungshilfe für nachgeschaltete Anwender (siehe Anhang A8). XII

13 1 HINTERGRUND Da Nanomaterialien eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen können, müssen Risikobewertungen durchgeführt werden, um feststellen zu können, ob bei der Verwendung dieser Materialien Gefahrengrenzwerte überschritten werden und ein tatsächliches Risiko für die betroffenen Menschen, z.b. Arbeiternehmer/innen oder Konsument/innen besteht. Risikobewertungen beruhen demnach auf Gefahren- und Expositionsbewertungen, die einander gegenübergestellt werden. Innerhalb der Expositionsbewertung wird abgeschätzt, ob und wie hoch die Belastung der Menschen durch die jeweiligen Anwendungen mit diesen Materialien ist. Die Gefahrenbewertung dient der Abschätzung der Gefährlichkeit von Stoffen. Die EU-Chemikalien Verordnung REACH (Verordnung (EG) Nr. 1907/2006) sieht vor, dass Unternehmen, die Stoffe mit mehr als 10 Tonnen pro Jahr in der EU herstellen oder in die EU importieren, Risikobewertungen für diese durchführen müssen und für diese verantwortlich sind. Diese Risikobewertungen sind in den Registrierungsdossiers der jeweiligen Stoffe angegeben. Es dürfen nur diejenigen Anwendungen mit den Stoffen durchgeführt werden, die kein Risiko für Mensch oder Umwelt darstellen und basierend auf den Risikobewertungen als sicher bewertet wurden. Diese Anwendungen und die expositionsrelevanten Parameter werden als Expositionsszenarien in den erweiterten Sicherheitsdatenblättern in der Lieferkette kommuniziert. Anwendungen, die zu einem Risiko führen bzw. nicht bewertet wurden, sind mit diesem Stoff nicht erlaubt. Die ECHA bietet auf ihrer Homepage in den Leitlinien zu Informationsanforderungen und Stoffsicherheitsbeurteilung 1 Anleitungen und Hilfestellungen für die Risikobewertung unter REACH und unter anderem auch Leitlinien für Expositionsbewertungen wie z.b. Exposition an Arbeitsplätzen oder durch Konsumprodukte. Nanomaterialien sind prinzipiell genauso von der REACH-Verordnung abgedeckt. Wichtigstes Merkmal für die Stoffidentität unter REACH ist die chemische Zusammensetzung. Andere Merkmale wie z.b. die Größe spielen eine untergeordnete Rolle. So können Registrierungsdossiers für die Bulkform auch Nanoformen miterfassen. Die Eigenschaften von Nanomaterialien desselben Materials können aber sehr unterschiedlich sein und möglicherweise zu unterschiedlichen Verhalten hinsichtlich Exposition und Gefährlichkeit führen. Diese Aspekte bzw. Nano-Spezifika wurden bisher bei den Registrierungen und in den Risikobewertungen nur unzufriedenstellend berücksichtigt und untersucht; Einerseits durch

14 fehlende Daten für diese Nanomaterialien, begründet wiederum durch die große Variationsbreite an Nanomaterialien ein und desselben Stoffes, andererseits durch das fehlende Wissen und die Schwierigkeit, Nanomaterialien für eine Risikobewertung ausreichend zu beschreiben und zu untersuchen. Die bereits angeführten REACH-Leitlinien bieten ebenfalls bereits Anhänge mit nanomaterialspezifischen Empfehlungen für die Risikobewertung unter REACH. Trotzdem handelt es sich bei der Risikobewertung von Nanomaterialien um ein sehr neues, herausforderndes Wissensgebiet, das aktuell sehr stark diskutiert wird. Es existieren viele Unsicherheiten und Wissenslücken, sodass mit weiterführenden Entwicklungen sowohl auf wissenschaftlicher als auch auf regulatorischer Ebene zu rechnen ist. Die neue Nanomaterial-Definition gemäß der Europäischen Kommission ist eine Grundlage für neue regulatorische Ansätze, umso wichtiger ist es für die Unternehmen zu wissen, ob sie Nanomaterialien verwenden, wie die Anwendungen aussehen, mit welchen Expositionen der Arbeitnehmer/innen und der Konsument/innen durch gefertigte Produkte zu rechnen ist und ob ein Risiko für die menschliche Gesundheit besteht. Dieser Bericht zeigt anhand zweier österreichischer Unternehmen (einem Hersteller und einem nachgeschalteten Anwender), wie die Nanomaterial-Definition anzuwenden ist und Anwendungen als Expositionsszenarien beschrieben werden müssen, um sie für eine Risikobewertung verwenden zu können. Viele Faktoren während einer Anwendung können Einfluss auf die Expositionshöhe haben. Je mehr über das Nanomaterial/Produkt und dessen Verwendung bekannt ist, umso realistischere Expositionsabschätzungen können gemacht werden. Dieses Wissen fehlt oft bzw. ist mit Unsicherheiten behaftet. Mehr Mess- und Hintergrunddaten zu den Nanomaterialien und Produkten würden dazu beitragen, mehr Erfahrungen für bessere Abschätzungen sammeln und diese Daten bzw. auch Expositionsszenarien für vergleichbare Situationen verwenden zu können. Die Identifizierung relevanter Expositionsszenarien/ Verwendungen von Nanoprodukten und die darauf aufbauende quantitative Expositionsabschätzung sind eine Grundvoraussetzung für die Bewertung des Risikos für die menschliche Gesundheit. Bisher konnte nur eine geringe Zahl an Firmen, die Nanomaterialien produzieren oder diese in Verwendung haben, für die Zusammenarbeit zur Entwicklung von Expositionsabschätzungen gewonnen werden. Dadurch besteht hier ein großes Potenzial für zukünftige Forschungsvorhaben wie im Subschwerpunkt 1.2 gefordert, wo das Projekt NanoProdEx exakt ansetzt: durch die einzigartige Konstellation dieses Konsortiums, in dem die wissenschaftliche Expertise, das Wissen über für Expositionsbewertung erforderliche Daten 14

15 mit dem hervorragenden Zugang zu relevanten Firmen gebündelt wird, kann eine Verbesserung des bisherigen Wissensstandes und in weiterer Folge auch eine wesentliche Unterstützung für einen risikominimierten Technologietransfer geschaffen werden. Damit zielt das Projekt auch auf die Absicherung des Technologietransfers zwischen F&E- Erfindungen zu marktfähigen Produkten, unterstützt durch begleitende Expositionsabschätzungen, ab. Gerade auch im Bereich Exposition von Konsument/innen durch nanomaterialien-haltige Produkte besteht derzeit eine große Datenlücke; Dieses Projekt vermag es hier, wichtige Abschätzungen zu generieren, aber auch die Unsicherheiten und Schwierigkeiten bei der konkreten Expositionsbewertung zu erforschen. Somit profitieren durch dieses Projekt sowohl die entwicklungsseitigen Bereiche, als auch die Seite der Verbraucher/innen. Dies sichert die Verwertbarkeit der Projektergebnisse für sämtliche Auftraggeber dieser Ausschreibung. 15

16 2 ZIELSETZUNG DES VORHABENS Das Ziel der Identifizierung von verbrauchernahen, relevanten Produkten wurde durch die im Ausschreibungstext geforderte Studie in Form einer Erhebung mittels Fragebogen erreicht. Da erfahrungsgemäß nur ein Teil der Schlüsselpersonen durch solche Erhebungen aktiviert werden kann, bedurfte es hier zusätzlichen Handelns. Durch die hervorragende Vernetzung und persönlichen Kontakte des Projektteams mit der Industrie konnte die Datenerhebung in Gesprächen mit den Unternehmen erfolgen und somit die Qualität und Reichweite der Erhebung entscheidend verbessert werden. Weiters wurde das Ziel der Erstellung von Expositionsszenarien und einer Expositionsabschätzung erreicht. Als Basis für die Identifizierung relevanter und repräsentativer Nanomaterialien und Nanoprodukte wurden die Ergebnisse der Fragebogenerhebung berücksichtigt. Zudem wurde wie vom Bewertungsgremium empfohlen mit der Allgemeinen Unfallversicherungsanstalt AUVA Kontakt aufgenommen. In Diskussionen mit der AUVA und Industrievertreter/innen zeigten sich die besondere Relevanz und das Interesse an der Exposition von Arbeitnehmer/innen durch Nanomaterialien. Dieser Aspekt wurde bereits bei der Fragebogenerstellung aufgenommen und entsprechende Informationen bei den Unternehmen erfragt. Diese wurden ebenfalls für die Erstellung von Expositionsszenarien und abschätzungen verwendet. Auch die Beschreibung zukünftiger Entwicklungen wurde im Zuge des Projektes durch einen intensiven Diskurs zwischen Herstellern der relevanten Nanoprodukte, Forschungseinrichtungen und interessierten Stakeholdern erreicht. Geforderte Ergebnisse dieses Projektes waren: (i) (ii) (iii) (iv) eine fundierte Liste der in Österreich produzierten bzw. sich am Markt / in Marktnähe befindlichen Nanoprodukte eine eingehende Betrachtung der Nanoprodukte entsprechend deren Relevanz für Arbeitnehmer/innen und Verbraucher/innen ein Schulungsworkshop unter Einbindung der Industrie und Stakeholdern zur Intensivierung des Diskurses ein Abschlussbericht unter Einbeziehung der Erkenntnisse der Projektarbeit und des Workshops 16

17 3 METHODIK Dieses Kapitel beschreibt die Vorgangsweise des Konsortiums zur Erreichung der gesetzten Projektziele. Das Kapitel 3.1 enthält die Beschreibung der notwendigen Schritte zur Erhebung von in Österreich produzierten bzw. für die Herstellung von Produkten verwendeten Nanomaterialien. Des Weiteren erfolgt die Vorstellung der Vorgangsweise bei den vertiefenden Leitfadeninterviews, die als Übergang von Arbeitspaket 2 auf Arbeitspaket 3 dienten sowie des Workshops, der für den geforderten öffentlichen Diskurs von wesentlicher Bedeutung gewesen ist. Die Vorgangsweise bei der Erstellung der Expositionsszenarien findet sich direkt in Kapitel Fragebogenerhebung Erstellung des Fragebogens Zur Erreichung der in Kapitel 2 beschriebenen Projektziele wurde in enger Zusammenarbeit zwischen der BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbh und der Umweltbundesamt GmbH ein online-fragebogen entwickelt. Das gewählte Erhebungsinstrument wurde basierend auf den Leitlinien zu Informationsanforderungen und Stoffsicherheitsbeurteilung (Europäische Chemikalienagentur, 2010) aufgebaut und um weitere Aspekte zur Beantwortung der Forschungsfragen ergänzt. Die Verwendungsdeskriptoren, die den Leitlinien zu Informationsanforderungen und Stoffsicherheitsbeurteilung als Rohgerüst entnommen wurden, dienten dabei nicht nur zur Identifizierung von produzierten bzw. verwendeten Nanomaterialien, sondern werden auch in den Expositionsszenarien von Sicherheitsdatenblättern verwendet und sollten deshalb für die Unternehmen auch in ihrem relativ hohen Detailgrad zumutbar sein, da diese für die Firmen zunehmend an Bedeutung gewinnen (M. Kinzl, Umweltbundesamt GmbH, Abteilung Chemikalien und Biozide, vom ). Ergebnisse einer Literaturrecherche (vgl. Kapitel 3.1.2) sind ebenfalls in den Entwicklungsprozess eingeflossen. Um ein einheitliches Verständnis des Begriffes Nanomaterial zu erhalten, kam die Empfehlung der Kommission vom 18. Oktober 2011 zur Definition von Nanomaterialien (Die Europäische Kommission, 2011) im Fragebogen (vgl. Anhang A2, Kapitel A2.5) zur Anwendung. Insgesamt wurde mit dem finalisierten Fragebogen ein Erhebungsinstrument präsentiert, das einen optimalen Kompromiss zwischen dem notwendigen (Zeit)aufwand und der Erreichung einer genügend großen Datenmenge darstellt. Dieser Kompromiss wurde bewusst zur Senkung des Entwicklungsrisikos gemäß dem Projektantrag angestrebt. Aus diesem 17

18 Gesichtspunkt sollte damit eine hohe Rücklaufquote möglich sein. Nicht zuletzt sollte der Zugewinn an Wissen für die teilnehmenden Unternehmen erwähnt werden, der durch das entwickelte Erhebungsinstrument generiert wurde, was die Motivation zur Teilnahme zusätzlich erhöht hat. Anschließend wurde der Fragebogen von den Projektpartnern Mondi Uncoated Fine & Kraft Paper GmbH und dem Außeninstitut der Montanuniversität Leoben einem Pretest unterzogen und anhand der erhaltenen Optimierungshinweise modifiziert. Die technische Umsetzung des Fragebogens wurde der JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh in Auftrag gegeben, wobei neben der hohen Flexibilität der Gestaltung der Erhebung vor allem auch die Sicherstellung einer größtmöglichen Sicherheit der vertraulichen Daten für die Beauftragung ausschlaggebend war. Das Fragebogendesign und die Fragestellungen wurden des Weiteren von Expert/innen für statistische Anwendungen begutachtet und kommentiert, sodass die Qualität des Fragebogens zusätzlich verbessert werden konnte. Außerdem wurde durch diese technische Lösung die benötigte Flexibilität erreicht, um beispielsweise den Zeitraum der Erhebung zugunsten des Projektes gestalten zu können Aufbau des Fragebogens Der vollständige im endgültigen Design dargestellte Fragebogen mit allen möglichen Antwortpfaden ist in Anhang 2 dieses Berichtes ersichtlich. Durch die technische Umsetzung war es für die teilnehmenden Unternehmen, welche direkt kontaktiert wurden, möglich, den Fragebogen jederzeit abzubrechen und zu einem späteren Zeitpunkt fortzusetzen. Auch konnte beliebig vor- und zurückgeblättert werden. Auf Muss -Fragen wurde verzichtet, um ein Überspringen bzw. Auslassen von Fragen zu ermöglichen. Die meisten Begriffe der Verwendungsdeskriptoren waren mit weiteren Informationen hinterlegt, die per Mausklick hinzuschaltbar waren. Durch die Anordnung der Fragen wurden die Teilnehmer/innen so durch den Fragebogen geleitet, dass nur die jeweils relevanten Fragenblöcke zur Beantwortung aktiviert wurden. Der verwendete Fragebogen umfasst folgende inhaltlichen Dimensionen: Einleitungstext Branchenzugehörigkeit Hauptaussagen über die Nanoaktivität 18

19 Selbsteinschätzung über die Einstufung der produzierten/verwendeten Materialien als Nanomaterial Produktion von Nanomaterialien Herstellung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Herstellung von Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Abfrage der Kontaktdaten und des bestehenden Interesses an einem Interview Befragung Für die Fragebogenerhebung wurden drei verschiedene Arten von Zugangs-Links generiert: Personalisierte Links, um ein problemloses Unterbrechen und Fortsetzen des Fragebogens zu ermöglichen Massenlink zur breiten Verteilung ohne bestimme Adressaten Testlinks für die Durchführung von Pre-Tests und Möglichkeit zur Vorführung des Fragebogens, ohne dabei die Ergebnisse zu verfälschen Die Identifizierung von in Österreich auf dem Gebiet der Nanotechnologien aktiven Unternehmen stellt aus mehreren Gründen eine Herausforderung dar. Dieses Entwicklungsrisiko wurde bereits im Antrag berücksichtigt, in der Folge ergaben sich eine Reihe gegensteuernder Maßnahmen bei der Kontaktrecherche für die Fragebogenerhebung: 1) Vorhandene Kontaktlisten Einerseits wurden in Abstimmung mit der AUVA (Dr. in Eva Valic) mögliche österreichische Nanoplayer identifiziert bzw. deren frühere Recherchetätigkeiten beleuchtet, um selbst in adäquater Art und Weise im Internet recherchieren zu können. Intern vorhandene, bereits bestehende Kontakte zu Unternehmen im Nanobereich wurden innerhalb des Konsortiums begutachtet und selektiert. 2) Literaturrecherche Um die vorhandenen Listen bezüglich ihrer Aktualität zu prüfen bzw. gegebenenfalls zu erweitern, wurde im Internet nach österreichischen Produzenten von Nanomaterialien und Herstellern von Produkten, die Nanomaterialien enthalten, recherchiert. Diese Recherchearbeit fand zum überwiegenden Teil über die online-suchmaschine google 19

20 statt, die Suchwörter Nano, Produkt, Nanomaterial, Produktion, Liste, Verzeichnis, Markt und Österreich wurden in sinnvollen Kombinationen angewendet und deren Treffer auf österreichische Seiten eingeschränkt. 3) Breite Verteilung auf Bundesebene Außerdem wurde in den Projektmeetings beschlossen, sich nicht nur ausschließlich auf Unternehmen zu konzentrieren, die in irgendeiner Form das Wort nano ausloben. Vielmehr sollten auch Unternehmen erreicht werden, die laut der Definitionsempfehlung der Kommission für Nanomaterialien vielleicht bereits seit längerem durch klassische Produktion in den Nanofokus gerückt sind. Zu diesem Zweck wurde mit der Wirtschaftskammer Steiermark (WKST) ein Termin vereinbart, bei dem das Projekt dem Geschäftsführer der Sparte Industrie, Herrn Dr. Stefan Pilz sowie dem Geschäftsführer der Sparte Gewerbe und Handwerk, Herrn Mag. Klaus Gallob vorgestellt wurde. Nach eingehender Diskussion der erhofften Ziele des Projektkonsortiums, erklärten sich beide zur Unterstützung bereit und nannten die aus Sicht der WKST relevanten Sparten. Folgende Sparten wurden daraufhin mit der Bitte um die breite Verteilung des Fragebogens kontaktiert: Fachverband der Stein- und keramischen Industrie Fachverband der Glasindustrie Fachverband der chemischen Industrie Fachverband der Papierverarbeitenden Industrie Fachverband der NE-Metallindustrie Fachverband der Textil-, Bekleidungs-, Schuh- und Lederindustrie Bundesinnung der Kunststoffverarbeiter Bundesinnung Chemische Gewerbe und der Denkmal-, Fassaden- und Gebäudereiniger Der Zeitraum für die Fragebogenerhebung erstreckte sich von 21. Dezember 2012 bis 15. Juni Durch die hervorragenden persönlichen Kontakte der Projektpartner, und durch intensives Bemühen, telefonisch direkten Kontakt zu den Unternehmen aufzubauen, wurde dem Risiko einer zu geringen Rücklaufquote aktiv entgegengesteuert. Insgesamt wurden 88 Fragebögen mit personalisiertem Link versendet. 20

21 3.1.3 Auswertung Nach Ende des Erhebungszeitraumes wurde der Datensatz mittels Microsoft Office Excel 2010 (Redmond, Washington) gesichert. Danach erfolgte die Bereinigung der Daten nach Ausschlusskriterien des Projektes (eine Teilnahme aus dem Ausland, ein politischer Verband). Die statistische Auswertung sowie Erstellung der Grafiken erfolgte ebenfalls mit Excel. Insgesamt wurden 36 Fragebögen in die Auswertung miteingeschlossen, davon 23 (entspricht einer Rücklaufquote 26%) aus den personalisierten Fragebogenlinks (n=88) und 13 über die Massenlinks. 25 Datensätze (21 personalisierte entsprechend einer Rücklaufquote von 24%) gelten als vollständig ausgefüllt, das heißt, es wurde mindestens eine Hauptaussage (z.b. Mein Unternehmen produziert Nanomaterialien ) getroffen und alle dafür erforderlichen Unterfragen beantwortet. Die durchschnittliche Verweildauer und somit die für die Beantwortung des Fragebogens aufzuwendende Zeit bezogen auf alle vollständig ausgefüllten Fragebögen betrug 11 Minuten und 24 Sekunden. Für die Berechnung der Verweildauer wurde die Bearbeitungszeit von den Unterbrechungen bereinigt. Als Unterbrechungszeit wurde jede Bearbeitungszeit erkannt, die länger als 2 Stunden dauerte oder den Median der Bearbeitungszeit um mehr als den 3-fachen Interquartilsabstand (IQR) dividiert durch 1,34 überstieg (entsprechend mehr als 3 Standardabweichungen in einer normalverteilten Stichprobe). 3.2 Vertiefende Leitfadeninterviews Die Ergebnisse des Fragebogens dienten unter anderem als Grundlage für die vertiefenden Leitfadeninterviews mit gesprächsbereiten Unternehmen. An dieser Stelle sei ausdrücklich angemerkt, dass die Daten vertraulich behandelt wurden und die Gesprächsbereitschaft der Unternehmen über die entsprechende Frage nach einem Interview erhoben wurde. Ziel der Interviews war es, die Bedürfnisse der Unternehmen betreffend zukünftiger Nutzung von Nanomaterialien besser kennen zu lernen und für die Bereitstellung relevanter Daten für die Erstellung von Expositionsszenarien zu gewinnen. Vom bis wurden insgesamt 7 Unternehmen in persönlichen Gesprächen interviewt. Im Rahmen des 2. Projektkoordinationsmeetings am wurde beschlossen, dass allen 21

22 gesprächsbereiten Unternehmen die Möglichkeit des Interviews eingeräumt wird und die durch den größeren Arbeitseinsatz anfallenden Aufwände von den Projektpartnern als Eigenleistung eingebracht werden. Durch die persönlichen Kontakte zu den befragten Unternehmen und die einschlägige Fachkenntnis der Projektpartner konnten die Frageninhalte, die bereits im Fragebogen strukturiert aufbereitet waren, in wissenschaftlich-technischer thematischer Tiefe besprochen werden. Zur bestmöglichen Standardisierung der Gespräche wurde ein Leitfaden erstellt. Im Anhang A3 ist dieser Gesprächsleitfaden, der unter Berücksichtigung der Basisliteratur (Flick, 1995; Lamnek, 2005; Mayer, 2004) entworfen wurde, dargestellt. Folgende inhaltliche Themenbereiche wurden durch den Leitfaden abgedeckt: Gesprächseinstieg (Vorstellung aller Gesprächspartner, des Unternehmens, des Projektes, der Interviewgliederung) Themenblock Prozesse (Beschreibung von Verfahren, Kontrolle von NM-Exposition) Themenblock Nanomaterialien (Art, Funktion und umgesetzte Mengen der Nanomaterialien) Themenblock Expositionsabschätzung Themenblock Produkte (Aufzählung relevanter Produkte, Wissen über die Freisetzung aus Produkten) Themenblock Darstellung des Unternehmens im Rahmen des Projektes (Einladung zum Workshop, Bitte um die Erlaubnis zur Veröffentlichung von Informationen im Bericht, Bitte um weitere Informationen) Gesprächsabschluss (Dank und Einholung eines Feedback bezüglich des Fragebogens und des Interviews) Darüber hinaus wurden die Unternehmen über die Nanomaterial-Definition und die aktuell regulatorischen Entwicklungen im Bereich Nanomaterialien und der Expositionsbewertung unter REACH als Grundelement der Risikobewertung und des erweiterten Sicherheitsdatenblattes informiert und darüber diskutiert. Dadurch wurde mit diesen Interviews für die Unternehmensvertreter zusätzlicher Wert durch facheinschlägige Beratung generiert. 22

23 3.3 Workshop Im Arbeitspaket 4 (AP4) wurde der Workshop Umgang mit Nano-Exposition unter REACH, der am 28. Juni 2013 in den Räumlichkeiten des TFZ Technologie- und Forschungszentrum in Wiener Neustadt stattgefunden hat, organisiert (siehe Anhang A6). Ziel des Workshops war die Vermittlung praktischer Hilfestellungen für eine nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit auf dem Gebiet der Nanotechnologien in Hinblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen. Im Laufe der Veranstaltung entwickelte sich eine intensive Diskussion entlang der Brennpunkte für eine gesicherte Nano-Zukunft. Der Workshop richtete sich an Unternehmen, die als Anwender und/oder Produzenten mit der Produktion/Verwendung von Nanomaterialien konfrontiert sind. Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft (siehe Anhang A6+A7) stellten in ihren Beiträgen wesentliche Aspekte des Arbeitsschutzes im Umgang mit Nanomaterialien dar, zeigten Herausforderungen hinsichtlich der Erstellung und Bewertung von Expositionsszenarien in erweiterten Sicherheitsdatenblättern auf und präsentierten theoretische und praktische Messmethoden. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse aus der Erhebung von österreichischen Nanoprodukten präsentiert und kritisch beleuchtet. Durch diese Vorträge wurden den Teilnehmer/innen sowohl theoretische als auch praktische Perspektiven im Umgang mit Nano-Exposition vermittelt. Die Teilnehmer/innen waren sich trotz unterschiedlicher Positionen, die in der Diskussion nachdrücklich eingenommen wurden, einig, dass es eines transparenten und respektvollen Diskurses bedarf, um einen nachhaltigen Erfolg von Nanotechnologien garantieren zu können. Die Wichtigkeit eines wertfreien Zugangs zum Thema Nanotechnologien wurde sowohl von der Seite der Wirtschaft als auch seitens der Wissenschaft bestätigt. Diese wichtigen Punkte kristallisierten sich als unumgänglich für die Bildung einer Basis zur Kompromissfindung für die Bereiche Forschung und Industrie heraus. Der Workshop verdeutlichte, wie groß der Bedarf an disziplinenübergreifenden Dialogen ist, sei es über die Exposition oder Toxizität eines Nanomaterials selbst oder über die Frage, wie man sich als Unternehmen für eine stabile Zukunft aufstellen kann. Die insgesamt 35 Teilnehmer/innen des Workshops wurden aktiv in einen Konsultationsprozess für das Kapitel Regulierungsempfehlungen (siehe Kap. 6.2) und das Dokument Orientierungshilfe für die industrielle Anwendung von Nanomaterialien (nachgeschalteter Anwender) (siehe Anhang A8) mit eingebunden. Seitens der Industrie gab es während des Konsultationsprozesses äußerst positives Feedback für dieses Dokument. Die 23

24 Präsentationsunterlagen (siehe Anhang A7) sind auf der Homepage der BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbh abrufbar 2. Eindrücke vom Workshop Umgang mit Nano-Exposition unter REACH

25 4 IDENTIFIZIERUNG VON IN ÖSTERREICH PRODUZIERTEN BZW. FÜR DIE HERSTELLUNG VON PRODUKTEN VERWENDETEN NANOMATERIALIEN Angaben über auf dem Markt befindliche Nanoprodukte schwanken stark, da sie für Verbraucher/innen oft oder meist nicht als solche gekennzeichnet sind. Ob also in einem Produkt Nanopartikel enthalten sind, lässt sich aufgrund fehlender gesetzlicher Verpflichtungen hinsichtlich der Kennzeichnung von Nano-Artikeln im Moment nur schwer oder gar nicht beurteilen. Man kann allerdings davon ausgehen, dass die Nutzung synthetischer Nanomaterialien in verbrauchernahen Produkten keine Zukunftsvision mehr ist (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, 2008, S. 11). Am wahrscheinlichsten sind solche Produkte über das meist zu Werbezwecken verwendete Schlagwort Nano zu identifizieren (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, 2008, S. 3). Solche Produkte sind vergleichsweise einfach durch Suchen im Internet recherchierbar. Zu verifizieren, ob es sich bei den erhaltenen Treffern allerdings um die Anwendung echter Nanotechnologien in welcher Form auch immer handelt, stellt sich wiederum als äußerst aufwendig dar. Es gilt allerdings als gesichert, dass Nanomaterialien und Nanoprodukte seit geraumer Zeit Eingang in den verbrauchernahen Markt gefunden haben (Haas, Hutter, Warnke & Wengel, 2003, S. 24). So vielfältig die Verknüpfungen des Querschnittsthemas Nanotechnologien zu verschiedensten Sektoren (Chemie, Elektronik, Optik, usw.) sind, so breit stellt sich der Eingang in Verbraucherprodukte in den Bereichen Kosmetik, Glas- und Keramikverarbeitung, Haushalt, Autoherstellung, der Herstellung von Holzwaren etc. dar. Klade et al. nennen in ihrem Endbericht der Matrix zur Darstellung von Nutzen und Risiken von Nano-Produkten (NanoRate) die Datenbank des amerikanischen Woodrow Wilson Centers und die deutsche Nanoproducts Datenbank als nennenswerte Informationsquellen über bereits vermarktete Nanoprodukte. Im Rahmen von österreichischen Untersuchungen nennen sie das Projekt NanoTrust der Österreichischen Akademie der Wissenschaften als erste Datenerhebung zu diesem Thema (2009, S. 120). Eine vom Bayrischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL) herausgegebene Studie aus dem Jahr 2012 kommt zum Schluss, dass über die Anwendung von Nanotechnologie in Lebensmitteln, Kosmetika und anderen verbrauchernahen Produkten noch wenig bekannt ist. Es sei nicht sicher bekannt, inwieweit Produktentwicklungen und Patentanmeldungen bereits in marktfähigen Produkten angewendet werden würden. Die 25

26 Untersuchung merkt weiter an, dass sich viele Publikationen unter anderem auf Datenbanken beziehen, die durch die Hersteller selbst mittels Auflistung der eigenen Nanoprodukte generiert wurden. Dies stelle keinen umfassenden Überblick über die Marktlage dar (Kohlhuber et al., 2012, S. 98). Eine Untersuchung von PPM forschung + beratung aus dem Jahr 2009 stellt schließlich anhand der österreichischen Datenlage fest, dass die Nano-Produktion in Österreich noch kein sehr großes Ausmaß angenommen hat. Bis auf wenige Ausnahmen seien die Verbrauchsmengen von Nanomaterialien noch niedrig (Kittel, Elsigan & Bettelheim, 2009, S. 49). Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung basieren auf einer Fragebogenerhebung, die folgende Punkte hinsichtlich der Vermeidung von Fehlinterpretationen berücksichtigt hat: Welche Definition von Nanomaterialien wurde angewendet? Auf welcher Datenbasis beruhen die genannten Zahlen? Welche Branchen und (Teil)Bereiche der Nanotechnologien umfassen die Daten? Auf welche Entwicklungsphasen beziehen sich die Zahlen (vgl. Klade et al., 2009, S. 21 f.)? 4.1 Branchenzugehörigkeit und Geschäftsfelder der befragten Unternehmen Bei der Frage der Branchenzugehörigkeit nach Hauptanwendergruppen (Abb. 1) gab der Großteil (n=19; 53%) der befragten Unternehmen (n=36) an, aus der Industrie zu kommen, gefolgt von gewerblichen Verwendern (n=6; 17%) und Verbraucherverwendungen (n=2; 5%). 9 der teilnehmenden Organisationen (25%) machte keine Angaben bezüglich der Branchenzugehörigkeit gemäß den vorgegebenen Antwortmöglichkeiten. 26

27 ABBILDUNG 1: BRANCHENZUGEHÖRIGKEIT NACH HAUPTANWENDERGRUPPEN Durch die Abfrage der Verwendungssektoren in Industrie und Dienstleistungsbereich (Abb. 2) wurde eine Spezifizierung der Hauptanwendergruppen durchgeführt (Mehrfachauswahl möglich; n=28). Die erste Stelle bei den Nennungen nimmt die Kategorie Wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (n=9; 32%) ein. Mit jeweils 5 Nennungen (18%) liegen die Herstellung von sonstigen nichtmetallischen mineralischen Produkten, z.b. Gips, Zement, Herstellung von Textilien, Leder, Pelzen und Herstellung von Kunststoffprodukten, einschließlich Compoundierung und Konversion an zweiter Stelle der genannten Branchenzugehörigkeit nach Endverwendungssektoren. Formulierung [Mischen] von Zubereitungen und/oder Umverpackung (außer Legierungen) wurde 4-mal genannt (14%). Jeweils 3 Nennungen (11%) entfallen auf die Kategorien Herstellung von Feinchemikalien, Herstellung von Computern, elektronischen und optischen Erzeugnissen, elektrischen Ausrüstungen und Gesundheitswesen. Die Herstellung von Massenchemikalien (einschließlich Mineralölprodukte), Metallerzeugung und bearbeitung, einschließlich Legierungen und Sonstiges wurde jeweils 2-mal (7%) genannt. Je 1-mal (4%) wurden die Kategorien Bergbau (außer Offshore-Industrien), Herstellung von Lebens- und Futtermitteln, Herstellung von Holz und Holzprodukten, Herstellung von Zellstoff, Papier und Papierprodukten, Herstellung von Druckerzeugnissen und Vervielfältigung von bespielten Medien, Herstellung von Gummiprodukten sowie Allgemeine Herstellung, z.b. Maschinen, Ausrüstungen, Fahrzeuge, sonstige Transportausrüstung aufgezählt. 27

28 ABBILDUNG 2: BRANCHENZUGEHÖRIGKEIT NACH ENDVERWENDUNGSSEKTOREN Die Branchenzugehörigkeit der befragten Unternehmen erstreckte sich über eine relativ große Bandbreite, besonders häufig gaben die Unternehmen an, in der wissenschaftlichen Forschung und Entwicklung aktiv zu sein, oft genannt wurden auch die Herstellung von Kunststoffprodukten, einschließlich der Compoundierung und Konversion, die Herstellung von Textilien, Leder und Pelzen und die Herstellung von sonstigen nichtmetallischen Produkten, z.b. Gips und Zement. Die Ergebnisse aus der Erhebung bestätigen das große Spektrum nanotechnologischer Anwendungen in eher klassischen Branchen bis hin zu Hightechbereichen wie Elektronik, Optik oder neuer Werkstoffe (vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), 2009). 28

29 4.2 Produktion und Verwendung von Nanomaterialien für die Herstellung von Produkten/Erzeugnissen Betrachtet man die die Auflistung von in Österreich produzierten bzw. für die Herstellung von Produkten/Erzeugnissen 3 verwendeten Nanomaterialien (Kapitel 4.2), stellt man gute Vergleichbarkeit zu anderen Erhebungen und Studien fest, die viele der genannten Nanomaterialien als in derzeit größeren Mengen vermarktet oder im Wachstum sehen (vgl. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, 2007, S. 32f.; Haas et al., 2003, S. 18ff.; Greßler et al., 2009; Kittel et al., 2009, S. 20ff.) Produktion von Nanomaterialien Auf die Frage Welche Nanomaterialien produzieren Sie? (z.b. Nano-Titandioxid) bzw. Mit welchen Nanomaterialien forschen Sie? haben 6 Unternehmen geantwortet. Die Auflistung in Abbildung 3 stellt alle Nennungen von Nanomaterialien dar, wobei Mehrfachnennungen, die eventuell auf ein bestimmtes Unternehmen Rückschlüsse zulassen würden, aufgeteilt wurden. Alle an dieser Frage teilnehmenden Unternehmen beantworteten die Frage nach der Selbsteinschätzung über die Einstufung ihrer Materialien als Nanomaterialien (siehe Anhang A2.5) mit Ja. 3 Was ist der Unterschied zwischen einem Produkt und einem Erzeugnis? In Zusammenhang mit der REACH Verordnung werden mit dem Begriff "Erzeugnisse" Gegenstände definiert, deren Funktion mehr durch die spezifische Form, Oberfläche oder Gestalt als durch deren chemische Zusammensetzung bestimmt wird. Zur Veranschaulichung kann dazu ein Polystyrolbehälter als einfaches Beispiel herangezogen werden. Obwohl dieser Gegenstand aus reinem Polystyrol besteht, handelt es sich aufgrund seiner Form (Becherform) um ein Erzeugnis und nicht um einen Stoff (Produkt) (Leitfaden zur REACH-Verordnung der EU: Sie haben im Zweifelsfall die Möglichkeit, den folgenden Link aufzurufen, um die Deskriptorenliste für Produktkategorien (S. 21) und Stoffe in Erzeugnissen (S. 35) zu vergleichen: 29

30 ABBILDUNG 3: AUFLISTUNG DER PRODUZIERTEN NANOMATERIALIEN Welche Nanomaterialien produzieren Sie? n=6 Silbernanopartikel Platinnanopartikel Nanopartikel aus Biomaterialien Spezialprodukte auf internationale Kundenanfrage und zur F&E Carbon Nanotubes Nano-Dispersionsschichten nanokristalline Schichten Titandioxid Eisenoxid Siliciumdioxid Calciumdioxid Polymere (Silsequioxane) für die Nanoimprintlithographie Herstellung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Auf die Frage Welche Nanomaterialien verwenden Sie für die Herstellung Ihrer Produkte? (z.b. Nano-Titandioxid) haben 6 Unternehmen geantwortet. Die Auflistung in Abbildung 4 stellt alle Nennungen von verwendeten Nanomaterialien dar, wobei Mehrfachnennungen, die eventuell auf ein bestimmtes Unternehmen Rückschlüsse zulassen würden, aufgeteilt wurden. Bis auf ein Unternehmen beantworteten alle an dieser Frage teilnehmenden Unternehmen die Frage nach der Selbsteinschätzung über die Einstufung ihrer Materialien als Nanomaterialien (siehe Anhang A2.5) mit Ja. ABBILDUNG 4: AUFLISTUNG DER FÜR DIE HERSTELLUNG VON PRODUKTEN VERWENDETEN NANOMATERIALIEN 30

31 6 Unternehmen gaben Auskunft über die von ihnen hergestellten Produkte, die Nanomaterialien enthalten (Mehrfachantworten möglich) (Abb. 5). An erster Stelle liegen mit je 3 Nennungen (50%) die Kategorien Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner und Sonstige. Am zweithäufigsten wurden die Kategorien Füllstoffe, Spachtelmassen, Mörtel, Modellierton, Produkte zur Behandlung von Metalloberflächen, einschließlich Galvanik- und Galvanisierprodukte und Produkte zur Behandlung von Nichtmetalloberflächen mit jeweils 2 Nennungen (33%) aufgezählt. Je 1-mal (17%) wurden die Kategorien Klebstoffe, Dichtstoffe, Luftbehandlungsprodukte, Biozidprodukte (z. B. Desinfektionsmittel, Schädlingsbekämpfungsmittel), Tinten und Toner, Chemische Zwischenprodukte, Produkte wie ph-regulatoren, Flockungsmittel, Fällungsmittel, Neutralisationsmittel, Laborchemikalien, Halbleiter und Kosmetika, Körperpflegeprodukte genannt. ABBILDUNG 5: AUFLISTUNG DER HERGESTELLTEN PRODUKTE, DIE NANOMATERIALIEN ENTHALTEN Herstellung von Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten Auf die Frage Welche Nanomaterialien verwenden Sie für die Herstellung Ihrer Erzeugnisse? (z.b. Nano-Titandioxid) haben 4 Unternehmen geantwortet. Die Auflistung in Abbildung 6 stellt alle Nennungen von verwendeten Nanomaterialien dar, wobei Mehrfachnennungen, die eventuell auf ein bestimmtes Unternehmen Rückschlüsse zulassen würden, aufgeteilt wurden. Bis auf ein Unternehmen beantworteten alle an dieser Frage teilnehmenden Unternehmen die Frage nach der Selbsteinschätzung über die Einstufung ihrer Materialien als Nanomaterialien (siehe Anhang A2.5) mit Ja. 1 Unternehmen machte darüber keine Angaben. 31

32 ABBILDUNG 6: AUFLISTUNG DER FÜR DIE HERSTELLUNG VON ERZEUGNISSEN VERWENDETEN NANOMATERIALIEN 5 Unternehmen gaben Auskunft über die von ihnen hergestellten Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten (Mehrfachantworten möglich) (Abb. 7). Jeweils 1 (20%) Nennung erhielten die Kategorien Maschinen, mechanische Vorrichtungen, elektrische/elektronische Erzeugnisse, Stein, Gips, Zement, Glas- und Keramikartikel, Gewebe, Textilien und Bekleidung, Kunststofferzeugnisse und Sonstige. ABBILDUNG 7: AUFLISTUNG DER HERGESTELLTEN ERZEUGNISSE, DIE NANOMATERIALIEN ENTHALTEN Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten Die Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten, also die Anwendung von Nanomaterialien in der Produktion selbst, wird in wenigen Studien genannt. Die wesentlichen Anwendungsfelder (Beschichtungen, Kleben und Schweißen, Beeinflussung von Reibung, verbesserte Sensorik), die Haas et al. (2003, S. 44 f.) beschreiben, deuten allerdings darauf 32

33 hin, dass die Erhebungen aus dem Projekt realistische Rückschlüsse auf den Status quo zulassen. Auf die Frage Welche Nanomaterialien enthalten die von Ihnen verwendeten Produkte? (z.b. Nano-Titandioxid) haben 11 Unternehmen geantwortet. Die Auflistung in Abbildung 8 stellt alle Nennungen von enthaltenen Nanomaterialien dar, wobei Mehrfachnennungen, die eventuell auf ein bestimmtes Unternehmen Rückschlüsse zulassen würden, aufgeteilt wurden. Bis auf ein Unternehmen beantworteten alle an dieser Frage teilnehmenden Unternehmen die Frage nach der Selbsteinschätzung über die Einstufung ihrer Materialien als Nanomaterialien (siehe Anhang A2.5) mit Ja. 1 Unternehmen machte darüber keine Angaben. Nano-Titandioxid wurde am häufigsten genannt (5-mal). ABBILDUNG 8: AUFLISTUNG DER IN DEN VERWENDETEN PRODUKTEN ENTHALTENEN NANOMATERIALIEN 11 Unternehmen gaben Auskunft über die von ihnen verwendeten Produkte, die Nanomaterialien enthalten (Mehrfachantworten möglich) (Abb. 9). An erster Stelle liegen mit je 4 Nennungen (36%) die Kategorien Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner und Polymerzubereitungen und -verbindungen. Am zweithäufigsten wurden die Kategorien Klebstoffe, Dichtstoffe, Produkte zur Behandlung von Nichtmetalloberflächen und Sonstige mit jeweils 3 Nennungen (27%) aufgezählt. Je 2-mal (18%) wurden die Kategorien Füllstoffe, Spachtelmassen, Mörtel, Modellierton und Laborchemikalien genannt. Weitere Nennungen (jeweils 1-mal, 9%) sind Auf diese Frage möchte ich jetzt nicht näher eingehen, ich möchte aber die Möglichkeit wahrnehmen, sie zu einem späteren Zeitpunkt in einem persönlichen Gespräch (max. 1 Stunde) zu beantworten, Grundmetalle und Legierungen, Biozidprodukte (z. B. Desinfektionsmittel, Schädlingsbekämpfungsmittel), Produkte zur Behandlung von Metalloberflächen, 33

34 einschließlich Galvanik- und Galvanisierprodukte, Tinten und Toner, Chemische Zwischenprodukte, Schmiermittel, Schmierfette und Trennmittel, Farbstoffe, Veredelungs- und Imprägniermittel für Papier und Pappe: einschließlich Bleichmittel und sonstige Verarbeitungshilfsstoffe, Poliermittel und Wachsmischungen, Textilfarben, - appreturen und -imprägniermittel; einschließlich Bleichmittel und sonstige Verarbeitungshilfsstoffe, Wasch- und Reinigungsmittel (einschließlich Produkte auf Lösemittelbasis) und Kosmetika, Körperpflegeprodukte. ABBILDUNG 9: AUFLISTUNG DER VERWENDETEN PRODUKTE, DIE NANOMATERIALIEN ENTHALTEN Die Ergebnisse aus der Erhebung zeigen deutlich, dass es in Österreich nur sehr wenige Produzenten von Nanomaterialien gibt. Die Anzahl von Unternehmen, die Nanomaterialien zur Herstellung von Produkten verwenden, ist wesentlich höher einzuschätzen. Die Daten aus Österreich zeigen einen starken Zusammenhang mit vergleichbaren, gängigen Marktstudien, was die verwendeten Nanomaterialien bzw. die Art und Marktreife der damit hergestellten Produkte betrifft. 34

35 4.3 Marktrelevanz der produzierten/verwendeten Nanomaterialien und Nanoprodukte Die Ergebnisse zur Frage nach marktrelevanten Nanomaterialen bzw. Produkten, die Nanomaterialien enthalten, bestätigen vergleichbare Studien wie z.b. die Untersuchung von ppm Forschung im Auftrag vom BMASK (Bundesministerium für Arbeit Soziales und Konsumentenschutz, S. 26) aus dem Jahr 2009 oder der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (2008), die zum Schluss kommen, dass sich viele Unternehmen im Bereich Nano noch in der Forschung und Entwicklung befinden (vgl. Kap ). Kapitel beinhaltet eine Auflistung von Nanomaterialien, die sich sowohl als österreichisches Produkt selbst oder als Bestandteil eines österreichischen Produktes/Erzeugnis am Markt befinden Entwicklungsphasen von in Österreich produzierten Nanomaterialien bzw. Produkten/Erzeugnissen, die Nanomaterialien enthalten Abbildung 10 zeigt, in welcher Entwicklungsphase sich die von den Unternehmen (n=5) produzierten Nanomaterialien befinden (Mehrfachantworten waren möglich). 80% (n=4) der Unternehmen gaben an, dass sich die von ihnen produzierten Nanomaterialien in der Entwicklungsphase Labormuster befinden. 60% (n=3) der Befragten nannten die Entwicklungsphase Prototyp, 40% (n=2) die Entwicklungsphase Pilotanwendung. Jeweils 1 (20%) der Unternehmen gab an, ein Massenprodukt zu produzieren, bzw. machte keine Angabe zu der gestellten Frage. ABBILDUNG 10: ANGABEN ZU DEN ENTWICKLUNGSPHASEN DER PRODUZIERTEN NANOMATERIALIEN 35

36 Abbildung 11 zeigt, in welcher Entwicklungsphase sich die von den Unternehmen (n=6) hergestellten Produkte befinden (Mehrfachantworten waren möglich). 67% (n=4) der Unternehmen gaben an, dass sich die von ihnen hergestellten Produkte in der Entwicklungsphase Massenprodukt befinden. Jeweils 33% (n=2) der Befragten nannten die Entwicklungsphasen Labormuster und Prototyp und Pilotanwendung, 1 (17%) der Unternehmen machte keine Angabe zur gestellten Frage. ABBILDUNG 11: ANGABEN ZU DEN ENTWICKLUNGSPHASEN DER HERGESTELLTEN PRODUKTE, DIE NANOMATERIALIEN ENTHALTEN Abbildung 12 zeigt, in welcher Entwicklungsphase sich die von den Unternehmen (n=4) hergestellten Erzeugnisse befinden (Mehrfachantworten waren möglich). 75% (n=3) der Unternehmen gaben an, dass sich die von ihnen hergestellten Produkte in der Entwicklungsphase Prototyp befinden. Jeweils 50% (n=2) der Befragten nannten die Entwicklungsphasen Labormuster und Massenprodukt, 1 (25%) der Unternehmen nannte die Entwicklungsphase Pilotanwendung. 36

37 ABBILDUNG 12: ANGABEN ZU DEN ENTWICKLUNGSPHASEN DER HERGESTELLTEN ERZEUGNISSE, DIE NANOMATERIALIEN ENTHALTEN Marktnahe in Österreich produzierte Nanomaterialien bzw. Produkte/Erzeugnisse, die Nanomaterialien enthalten Dieses Kapitel beschäftigt sich mit jenen Nanomaterialien, die sowohl in Österreich produziert bzw. für die Herstellung von Produkten und/oder Erzeugnissen verwendet werden als auch als Massenprodukt am Markt erhältlich sind. Laut Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (2007, S. 32 f.) werden die Nanomaterialien Carbon Black, Carbon Nanotubes, Silber, Titandioxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid derzeit in größeren Mengen vermarktet oder erfahren ein deutliches Wachstum. Haas et al. (2003, S.21, S. 52) zeichnen pyrogene Kieselsäuren, Ruße, Pigmente als Prozess-Nanomaterialien (PN) und SiO 2 basierende Nanopartikel für mehr als 85% des weltweiten Nanomaterialienverbrauches verantwortlich. Kohlenstoffnanoröhren weisen seit ihrer Entdeckung Anfang der 1990er Jahre ein hohes Innovations- und Kommerzialisierungspotenzial auf. Der weltweite Umsatz nimmt seit dem letzten Jahrzehnt rasant zu. So stieg der Verkauf von CNTs allein zwischen den Jahren im Wert von 5 auf 200 Mio. US-Dollar (Cientifica, zitiert nach Brand, Gierlings, Hoffknecht, Wagner & Zweck, 2009, S. 23). Es ist davon auszugehen, dass CNTs in Zukunft immer öfter in großtechnischem Maßstab zu immer kostengünstigeren Preisen hergestellt und angeboten werden. Nach Freedonia (2006) und BCC Research (2007) werden die 37

38 Umsätze von CNTs bis zum Jahr 2020 ein Volumen von 10 Mrd. US-Dollar betragen, die wesentlichen Anwendungsfelder können dafür im Bereich der Kompositmaterialien, im Energiebereich (Energiespeicher) und in der Elektronik (inkl. Displays) gesehen werden (zitiert nach Brand et al., 2009, S. 111). Ruße und Pigmente werden als klassische Nanomaterialien bereits seit Jahrzehnten industriell verwendet, die Anwendung in Produkten und Prozessen, ist demnach keineswegs neu. Diese so genannten Prozessmaterialien werden in bedeutenden und hochvolumigen industriellen Anwendungen eingesetzt, die nicht alle prinzipiell möglichen intrinsischen Nanoeigenschaften ausnutzen (Haas et al., 2003, S. 4-49). Im Bereich der anorganischen Nanopartikel weisen Metalloxide, wie beispielsweise Siliziumoxid, Titandioxid oder Aluminiumoxid, gegenwärtig die größte wirtschaftliche Bedeutung auf. Als Hauptanwendungsgebiete dieser Nanopartikel werden die Elektronik, Pharmazie/Medizin/Kosmetik (v.a. Sonnenschutzmittel: nanoskaliges Titandioxid als UV- Absorber) sowie Chemie/Katalyse genannt (Luther, 2004, S. 46). Eine Studie von BCC (2003) schätzt den Weltmarkt für Nanopartikel, die für den Sonnenschutz eingesetzt werden, auf 87 Mio. US-Dollar für das Jahr 2005 (zitiert nach Luther, 2004, S. 46). Laut USGS (United States Geological Survey) lag die weltweite Produktionsmenge für 2011 geschätzt bei mehr als 5 Millionen Tonnen Titan-Pigment (zitiert nach Fries & Simko, 2012, S. 2). Dabei muss erwähnt werden, dass sich weniger als 1% der Gesamtproduktion von Titandioxid auf dessen nanopartikuläre Form bezieht (Titanium Dioxide Stewardship Council (TDSC) & Titanium Dioxide Manufacturers Association (TDMA), 2010). Die Auflistung (Kap ) und Gruppierung der folgenden Nanomaterialien bzw. deren Verwendung ergibt sich aus den Erhebungen des Fragebogens Produzierte Nanomaterialien Carbon Nanotubes Durch die Erhebung konnte lediglich ein österreichischer Hersteller von Carbon Nanotubes eruiert werden. 38

39 Nanomaterialien, die für die Herstellung von Produkten/Erzeugnissen verwendet werden Pigmente, Ruße, Bindemitteldispersionen, Füllstoffe, etc. Hergestellte Produkte: Klebstoffe, Dichtstoffe, Biozidprodukte (z. B. Desinfektionsmittel, Schädlingsbekämpfungsmittel), Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner, Füllstoffe, Spachtelmassen, Mörtel, Modellierton, Produkte zur Behandlung von Metalloberflächen, einschließlich Galvanik- und Galvanisierprodukte, Produkte zur Behandlung von Nichtmetalloberflächen, Produkte wie ph-regulatoren, Flockungsmittel, Fällungsmittel, Neutralisationsmittel Silizium, Calzium, Magnesium Hergestellte Produkte: Kosmetika, Körperpflegeprodukte, sonstige pyrogene Kieselsäure (diverse Typen, chemisch (un)modifiziert), Ruße als Schwarzpigmente, Additive, die als "Sol" z.b. ZnO, SiO2 oder TiO2 enthalten; sonstige Pigmente Hergestellte Produkte: Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner Nano-Titandioxid Hergestellte Produkte: Luftbehandlungsprodukte, sonstige Nano-Titandioxid Hergestellte Erzeugnisse: Kunststofferzeugnisse, Stein, Gips, Zement, Glas- und Keramikartikel Nanomaterialien, die in verwendeten Produkten enthalten sind Nano-Titandioxid, Nano-Siliciumcarbid, Nano-Aluminiumoxid, Nano-Siliciumoxid Verwendete Produkte: Produkte zur Behandlung von Metalloberflächen, einschließlich Galvanik- und Galvanisierprodukten, Produkte zur Behandlung von Nichtmetalloberflächen, Grundmetalle und Legierungen, Laborchemikalien 39

40 Nano-Titandioxid Verwendete Produkte: Produkte zur Behandlung von Nichtmetalloberflächen Füllstoffe, Pigmente, Bindemitteldispersionen Verwendete Produkte: Biozidprodukte (z. B. Desinfektionsmittel, Schädlingsbekämpfungsmittel), Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner, Poliermittel und Wachsmischungen, Textilfarben, -appreturen und - imprägniermittel; einschließlich Bleichmittel und sonstige, Verarbeitungshilfsstoffe Silizum, Calzium, Magnesium Verwendete Produkte: Kosmetika, Körperpflegeprodukte Carbon Nanotubes Verwendete Produkte: Klebstoffe, Dichtstoffe, Füllstoffe, Spachtelmassen, Mörtel, Modellierton, Schmiermittel, Schmierfette und Trennmittel, Polymerzubereitungen und verbindungen Nano-Titandioxid Verwendete Produkte: Klebstoffe, Dichtstoffe, Farbstoffe, Veredelungs- und Imprägniermittel für Papier und Pappe: einschließlich Bleichmittel und sonstige Verarbeitungshilfsstoffe, Polymerzubereitungen und -verbindungen Aerosole, Nano-Stäube, Sonstige Verwendete Produkte: Laborchemikalien, Polymerzubereitungen und verbindungen Nano-Titandioxid, Si14, etc. Verwendete Produkte: Produkte zur Behandlung von Nichtmetalloberflächen, Polymerzubereitungen und verbindungen, Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner, Wasch- und Reinigungsmittel (einschließlich Produkte auf Lösemittelbasis) Nano-Ag, Metalloxide 40

41 Verwendete Produkte: Chemische Zwischenprodukte Titandioxid, Eisenoxid, Siliziumdioxid Verwendete Produkte: Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner, Tinten und Toner Carbon Nanotubes Verwendete Produkte: Beschichtungen und Farben, Verdünner, Farbentferner, Klebstoffe, Dichtstoffe, Füllstoffe, Spachtelmassen, Mörtel, Modellierton, Polymerzubereitungen und verbindungen Obwohl sich viele nanotechnologische Produkte noch in der Forschung und Entwicklung befinden, konnte eine beachtliche Anzahl marktrelevanter österreichischer Nanoprodukte identifiziert werden. Dabei stehen noch die klassischen Nanomaterialien, die seit Jahrzehnten industrielle Anwendung finden, im Vordergrund. Die Analyse der erfassten Produkte lässt darauf schließen, dass sich innerhalb der zugehörigen Branchen sehr viel mehr Nano-Player als bisher bekannt befinden. 4.4 Kriterienfrage Nanoprodukt Wie bereits festgestellt, haben Nanotechnologien in einigen Bereichen Marktnähe bzw. Marktreife erlangt. Dabei stehen weniger reine Nano-Produkte aus ausschließlich nanoskaligen Komponenten im Vordergrund. Vielmehr sind Nanomaterialien Bestandteile von komplexeren Produkten (Klade et al., 2009, S. 11; Kohlhuber et al., 2012, S. 12 ff.). Der Informationsstand über marktreife Nanoprodukte ist generell als eher gering einzuschätzen. Auch für den österreichischen Markt gibt es bisher keine vollständige Auflistung von verbrauchernahen Produkten. Eine Identifizierung von Nanomaterialien, die in Österreich produziert und/oder verwendet werden, war, wie die dargestellten Ergebnisse in Kapitel 4 zeigen, durchaus möglich und erfolgreich, bei der Erstellung einer Produktliste taten sich dennoch einige Problemfelder auf. So stellt die OECD in einem Bericht aus dem Jahr 2009 fest, dass es hinsichtlich der Definition 41

42 von Nanotechnologien noch keine international einheitliche Sichtweise gibt, und sich das ebenso auf die Klassifizierung von technologischen Prozessen und Produkten auswirkt (zitiert nach Klade et al., 2009, S. 17). Auch die Internationale Organisation für Normung (ISO) und die American Society for Testing and Materials (ASTM International) konnten sich noch nicht auf eine gemeinsame Definition von Nanomaterialien verständigen. Der in gewisser Weise willkürliche Versuch, Nanomaterialien über die Größe zu definieren, wird ebenfalls diskutiert, besonders im Hinblick auf die Bewertung von Gesundheits- und Umweltrisiken. Die USamerikanische Lebensmittelbehörde (FDA) beispielsweise verzichtete in einem Bericht aus dem Jahr 2007 komplett auf eine größenbasierte Definition. Neben der Größendefinition spielen andere Kriterien wie Form, Oberflächeneigenschaft, Ladung, Beschichtungen etc. eine Rolle in der Diskussion um eine einheitliche Nanodefiniton (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, 2008, S. 9 f.). Einen Überblick über Empfehlungen von verschiedenen Institutionen für die Definition von Nanomaterialien geben Lövestam et al. (2010). Das Fehlen einer einheitlich akzeptierten Definition von Nanomaterialien macht eine Identifizierung (Kriterien unabhängig) per se schwierig, da Materialien und somit auch Produkte unterschiedlich bewertet und eingeordnet werden. Neben dem Definitionsproblem ist eine Erhebung von in Österreich produzierten bzw. verwendeten Nanomaterialien deshalb schwierig, da es anhand der Auslobung des Stichwortes nano auf den Webseiten der Anbieter nicht ersichtlich ist, ob es sich im beworbenen Produkt tatsächlich um ein Nanoprodukt (im Sinne der Definitionsempehlung der Kommission) handelt. Außerdem gibt es momentan keine umfassenden Kennzeichnungspflichten für Nanoprodukte, was eine Stichwortsuche im Internet zusätzlich erschwert. Damit wird durch eine Internetrecherche nur ein denkbar kleines Spektrum an Unternehmen/Produkten gelistet (vgl. Bund für Umwelt und Naturschutz, 2008, S. 11; Kohlhuber et al., 2012, S. 62 ff.) Die Auswirkungen der Problemfelder Definition und Kennzeichnung wirken sich massiv auf die Erstellung von Produktlisten aus, da diese unterschiedlichste Kriterien für die Aufnahme eines Nanomaterials oder Produktes berücksichtigen. Um innerhalb des Projektes eine einheitliche Linie zur Definition eines Nanoproduktes bzw. zur Findung spezifischer Einschlusskriterien zu finden, wurden verschiedene Datenbanken recherchiert und diskutiert. Der Darstellung und dem Umgang mit sensiblen, uns anvertrauten Daten wurde dabei ein großer Stellenwert beigemessen, vor allem in Hinblick auf eine mögliche Listung von konkreten Produkten, die nicht öffentlich deklariert sind. 42

43 Zahlreiche Nanoproduktdatenbanken verschiedener Organisationen listen Verbraucherprodukte, aber auch Dienstleistungen und Produzenten auf, die nur schwer auf dem aktuellen Stand gehalten werden können, da viele Produkte und Anbieter in kurzer Zeit vom Markt verschwinden, bzw. dieser häufig einer hohen Dynamik unterliegt. Das Project on Emerging Nanotechnologies am Woodrow International Center for Scholars hat die in Zusammenhang mit Nanotechnologien international wohl bekannteste Produktdatenbank erstellt, die laut eigenen Angaben lediglich als Informationsquelle dienen soll, mit dem Ziel, das Aufkommen nanotechnologischer Produkte abzubilden. Sie übernimmt keine Verantwortung für die Genauigkeit, Vollständigkeit, Wirksamkeit oder Aktualität der bereitgestellten Informationen. Damit beschränkt sie sich auf öffentlich zugängliche Daten ( nano claim ) (The Project on Emerging Nanotechnologies, o.d.; vgl. Palmberg, Dernis & Miguet, 2009, S. 24 ff.). Kohlhuber et al. überprüften 168 gelistete Verbraucherprodukte auf dem deutschen Markt (Stand Juli 2011) und kamen zum Ergebnis, dass davon 65 Produkte nicht mehr (als Nanoprodukt) auf dem Markt erhältlich waren (2012, S. 38). Der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (o.d.) betreibt eine ähnlich aufgebaute Datenbank, die die Kategorien Produkt, Hersteller, Kategorie und Unterkategorie und Nanomaterial (laut Anbieter) anführt. Die Besonderheit dieser Datenbank liegt mitunter darin, dass sich der BUND dahingehend von der Definitionsempfehlung der Europäischen Kommission unterschiedet, in dem sie fordern, dass Partikel bis zu einer Größe von mindestens 300 Nanometern als Nanopartikel behandelt werden sollten. Sie verweisen allerdings ebenfalls darauf, dass eine eingehende Überprüfung der gelisteten Produkte aufgrund der aufwendigen Analysen nicht machbar sei. Weitere Datenbanken, Produktlisten und Studien, die im Rahmen des Projektes begutachtet wurden, und alle die erwähnten Problemfelder aufwiesen, waren nanoproducts.de Datenbank für Nanotechnologie Produkte (o.d.), Anhang A (Produktlisten) (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, 2008), ANEC & BEUC updated Inventory on products claiming to contain nanomaterials (The European Consumer s Organisation (BEUC) & The European voice in standardisation (ANEC), 2010), Petition Appendix A: Nano-Silver Products Inventory (Beyond pesticides, o.d.), Nano-Liste der BG BAU (Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft, Stand: ), NanoAmor Europe NanoAmor Product List A to Z (Structured Objects & Materials SAS, o.d.), Nanoprodukte (nanoseite.de, o.d.), Nanotechnology Consumer Products (UnderstandingNano.com, o.d.), Nanotechnology Wholesale Products & Services (Nano Acceleration Network, o.d.), Nanotechnology Databases (Nanowerk, o.d.), Tabelle 1. Aktuelle Anwendungsbereiche von Nanotechnologien im Agrar- und Lebensmittelbereich, und deren sowie Chancen und Risiken 43

44 (Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL), 2009), Nanomaterials in consumer products (National Institute for Public Health and the Environment, 2010) und Coop Liste der Nanoprodukte (Coop Genossenschaft, o.d.). Da es bis heute europaweit keine Institution gibt, die darüber Auskunft geben kann, welche (synthetischen) Nanomaterialien kommerziell im Handel sind, wird der Ruf nach einer gesetzlichen Registrierungspflicht seitens Umwelt- und Verbraucherschutzorganisationen, politischen bzw. nationalstaatlichen Institutionen immer lauter (Fiedeler, Nentwich, Greßler, Gazsó & Simkó, 2010, S. 1). Beispielsweise hat der deutsche Bundesrat, der Nanotechnologien als Schlüsseltechnologien ansieht, in einer Sitzung festgestellt, dass insbesondere die unzureichende Informationslage bei verbrauchernahen Anwendungen zu Verunsicherungen bei Verbraucherinnen und Verbrauchern führt, und deshalb Transparenz für die Glaubwürdigkeit und Akzeptanz erforderlich sei. Er befürwortet daher nachdrücklich die Schaffung einer Nano-Produktdatenbank auf EU-Ebene. Er fordert dahingehend einen dialogorientierten Prozess zwischen Industrie, Umwelt- und Verbraucherverbänden, Bund und Ländern sowie anderen Interessensvertretern (Bundesrat, 2013). Die Firmeninterviews, die im Rahmen des Projektes durchgeführt wurden, dienten neben den in Kapitel 3.2 beschriebenen Zielen auch dazu, die in diesem Kapitel dargestellten Aspekte zu thematisieren, um direkt Stellungnahmen seitens der Industrievertreter/innen zu erhalten. Auch eine eventuelle Verifizierung von Produkten, die laut den befragten Unternehmen Nanomaterialien enthielten, aber nicht als solche ersichtlich gemacht bzw. beworben wurden, wurde angestrebt. Alle interviewten Unternehmen bestätigten, dass ihre Produkte in irgendeiner Form zu irgendeinem Zeitpunkt nanoskalige Materialien oder Strukturen enthielten, aber der Großteil wäre nicht dazu bereit gewesen, diese Produkte auch öffentlich wirksam für eine Nanoproduktliste freizugeben. Die Gründe für diese Position wurden durch folgende Aussagen bekräftigt: Die Tatsache, dass Materialien, die schon immer für die Herstellung herkömmlicher Produkte verwendet wurden, nun per Definition unter Nano fallen, war aus Unternehmenssicht allein kein Grund, diese Produkte als Nanoprodukte zu bewerben. Dies unterstreicht eine Aussage, dass es dem Unternehmen gegenüber dem Kunden eher peinlich wäre, ein klassisches Produkt aufgrund einer neuen Definition neu zu bewerben. Der meist fehlende Nanoeffekt war für die Unternehmen ebenfalls ein Grund, weshalb sie ihre Produkte nicht als Nanoprodukte sehen. 44

45 Einige Unternehmen waren der Meinung, dass eine Bewerbung mit dem Stichwort Nano zum jetzigen Zeitpunkt bei den Verbraucher/innen möglicherweise eher negativ bewertet werden könnte. Ein Unternehmen räumte zwar ein, dass ihre Nanomaterialien-hältigen Produkte zwar durchaus Platz auf einer Nanoproduktliste hätten, andererseits merkte es aber an, dass damit innerhalb der Branche ein unangenehmes Echo zu erwarten sei. Einige Unternehmen gaben zu bedenken, ihre Produkte seien nicht nanorelevant weil die Nanomaterialien nicht migrieren könnten und diese somit irrelevant für die Konsument/innen seien. Die Erhebung von in Österreich produzierten bzw. für die Herstellung von Produkten verwendeten Nanomaterialien war unter erheblichem Aufwand möglich. Dabei muss immer berücksichtigt werden, dass die im vorangegangenen Kapitel beschriebenen Problemfelder eine vollständige Auflistung von Nanoprodukten verhindern. Datenbanken, die ausschließlich auf freiwilligen Herstellerangaben basieren, oft nur zu Werbezwecken benutzt werden, wenige Produkte enthalten oder unsichere Informationen über das (vermutlich) enthaltene Nanomaterial enthalten, sind nur beschränkt nützlich. Für Konsument/innen ist somit derzeit keine lückenlose, transparente und verständliche Darstellung und Information über marktrelevante Nanoprodukte in Österreich möglich. Diese offensichtliche Limitierung wurde bei der Erstellung einer österreichischen Produktliste im Bericht transparent dargestellt. 45

46 5 AN REACH ANGELEHNTE EXPOSITIONSSZENARIEN ZU NANOMATERIALIEN 4 Das NanoProdEx -Team hat laufend aktuelle Entwicklungen verfolgt und möchte als Beispiel dafür die Aktivitäten innerhalb des Projektes NANOFORCE ( Nanotechnology for Chemical Enterprises - How to link scientific knowledge to the business in the Central Europe space ) erwähnen. Das Projekt fördert die innovativen Netzwerke des Nanotechnologiesektors durch das Zusammenbringen von öffentlichen und privaten Organisationen in den mitteleuropäischen Regionen, in dem sie gemeinsame und interdisziplinäre Forschung (im Rahmen von REACH) mit Nanomaterialien durchführen. Dadurch sollen vielversprechende Ergebnisse aus dem Forschungssektor in die Industrie einfließen, um die industrielle Nachhaltigkeit der Produktion neuer Materialien zu verbessern Im Projekt NANOFORCE wurden für 3 Nanomaterialien (Titandioxid, Silber und Zinkoxid) Sicherheitsdatenblätter adaptiert, sowie Expositionsszenarien abgeleitet. Nähere Informationen dazu kann man auf der Webseite des Projektes 5 und bei der BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbh 6 einholen. 5.1 Expositions und Risikobewertung gemäß REACH Die in REACH eingeführten Expositionsszenarien stellen eine große Neuerung für die Chemikaliengesetzgebung dar. Sie dienen dazu, mehr Informationen zur sicheren Anwendung von Stoffen und der damit verbundenen Exposition von Mensch und Umwelt bereitzustellen, um Risiken für die menschliche Gesundheit bzw. die Umwelt ausschließen zu können (s. Kasten). Bezugnehmend auf die neue Chemikaliengesetzgebung REACH sind grundsätzlich die Unternehmen, die einen Stoff herstellen oder importieren, für dessen Risikobewertung und der Gewährleistung sicherer Anwendungen/Expositionsszenarien verantwortlich. Sie müssen belegen, dass die vorgesehenen Anwendungen eines Stoffes kein Risiko für Mensch und Umwelt darstellen. Eine Risikobewertung ist für Stoffe, die mit mehr als 10 Tonnen pro Jahr 4 Die Begriffe Hersteller, Importeure, Registranten, nachgeschaltete Anwender, etc. wurden bewusst nicht gegendert, da es sich hierbei um Begriffe aus dem REACH-Kontext und nicht um natürliche Personen handelt office@bionanonet.at 46

47 von einem Unternehmen hergestellt werden, verpflichtend zu erstellen. Hier muss ein sogenanntes stoffspezifisches Registrierungsdossier, das auch einen Stoffsicherheitsbericht inklusive Risikobewertung enthält, von den Unternehmen verfasst und an die Europäische Chemikalienagentur ECHA in Helsinki übermittelt werden. Bei der Ermittlung der Expositionssituation ist hier insbesondere das Wissen der Unternehmen zu den entsprechenden Anwendungen wesentlich. Sie müssen in Erfahrung bringen bzw. legen durch die Expositionsszenarien in den erweiterten Sicherheitsdatenblättern fest, wo, wie lange und wie Arbeiternehmer/innen mit einem Stoff hantieren dürfen, welche Konsumprodukte mit Hilfe ihrer Stoffe hergestellt werden dürfen, und ob und wann mit einer Freisetzung eines Stoffes zu rechnen ist. Für diese Daten sollten Hersteller und Importeure, falls notwendig auch mit den nachgeschalteten Anwendern ihres Stoffes in Kontakt treten und gegebenenfalls fehlende Daten zur Expositionsbewertung erfragen. In diesem Zusammenhang kann der Hersteller oder Importeur des Stoffes auch zur Ansicht kommen, dass bestimmte Anwendungen nicht sicher sind. Diese dürfen nicht im Registrierungsdossier angeführt bzw. muss vor diesen Anwendungen explizit abgeraten werden. Die Expositionsszenarien der als sicher bewerteten Anwendungen eines Stoffes werden von den Herstellern/Importeuren in dessen Sicherheitsdatenblättern im Anhang (erweiterte Sicherheitsdatenblätter) aufgelistet. Es sind nur die angeführten Expositionsszenarien/Anwendungen erlaubt und müssen, wie im erweiterten Sicherheitsdatenblatt vorgeschrieben, befolgt werden. Die Expositionsszenarien beinhalten somit wesentliche von den Anwendern zu befolgende Vorgaben für die jeweiligen Verwendungen eines Stoffes. Insgesamt gibt es bei den Expositionsszenarien in den Registrierungsdossiers und in Folge in den Sicherheitsdatenblättern derzeit noch große Qualitätsunterschiede hinsichtlich der Nachvollziehbarkeit, Praktikabilität und Umsetzbarkeit, weshalb seitens der Europäischen Kommission, der Mitgliedstaaten, der Hersteller/Importeure und der nachgeschalteten Anwender an Maßnahmen zur Verbesserung der Expositionsbewertungen gearbeitet wird. Dies ist auch deshalb von zentraler Bedeutung, um die Qualität der Sicherheitsdatenblätter zu erhöhen. Ein in diesem Fokus nennenswertes Projekt ist die Roadmap der ECHA und anderer Stakeholder für die Verbesserung von Stoffsicherheitsberichten und Expositionsszenarien 7 mit der Projektdauer von 2013 bis Sicherheitsdatenblätter müssen sowohl für Stoffe als

48 auch für Gemische erstellt werden. Sie dienen der Kommunikation in der Lieferkette. Expositionsszenarien müssen für Stoffe erstellt werden, welche die Einstufungskriterien als gefährlich für eine der 33 Gefahrenklassen gemäß der CLP-Verordnung (Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen) erfüllen und/oder ein sogenannter PBT 8 bzw. vpvb-stoff 9 sind bzw. Gemische, die derartige Bestandteile in bestimmten Konzentrationen enthalten. In Österreich können Sicherheitsdatenblätter auch von Konsument/innen eingefordert werden. Als zentrale Grundlage für diese Sicherheitsdatenblätter dienen die Stoffsicherheitsberichte aus den Registrierungsdossiers der Hersteller/Importeure der Stoffe. Insbesondere die ermittelten Expositionsszenarien müssen nun an das Sicherheitsdatenblatt als Erweiterung angehängt werden. Sie legen somit auch die Art und Weise der erlaubten Anwendungen fest. Wie erfolgt eine Risikobewertung unter REACH? Bei der Risikobewertung gemäß REACH werden die Ergebnisse aus der Gefahrenbewertung der Expositionsbewertung gegenübergestellt. Auf diese Weise wird ermittelt, ob Gefahrengrenzwerte durch Anwendungen eines Stoffes überschritten werden. Diese Gegenüberstellung dient dazu, zu bewerten, ob von Risiken für Mensch oder Umwelt auszugehen ist. Grundsätzlich kann eine Expositionsbewertung auf quantitative oder auf qualitative Weise erfolgen. Bei einer quantitativen Abschätzung wird versucht, die Expositionshöhe numerisch als Zahlenwert zu berechnen bzw. zu messen. Bei einer qualitativen Expositionsbewertung wird die Expositionshöhe basierend auf dem Expositionsszenario ohne die Verwendung von Zahlen (z.b. aus Messungen oder Modellrechnungen) beschrieben (z.b. wird die Exposition für einen konkreten Fall als sehr gering bzw. als zu hoch geschätzt). Ein Beispiel für eine qualitative Abschätzung wäre es, wenn hinsichtlich einer inhalativen Exposition die Staubbelastung selbst bzw. die Wahrscheinlichkeit einer Staubbelastung bei der Verwendung von Waschmitteltabletten als vernachlässigbar gering eingeschätzt wird. Bei der Einschätzung, ob vernachlässigbar oder nicht, sollte aber immer unbedingt die Gefährlichkeit der jeweiligen Stoffe berücksichtigt werden, denn bei sehr gefährlichen Stoffen reichen oft schon sehr geringe Dosen, um zu einem schädigenden Effekt zu führen. Falls nicht offensichtlich gezeigt werden kann, dass ein Risiko nicht möglich ist, ist eine vertrauenswürdige quantitative Abschätzung stattdessen unbedingt vorzuziehen. Berücksichtigt man in dieser Hinsicht auch 8 Persistenter, bioakkumulierbarer und toxischer Stoff 9 Sehr Persistenter und sehr bioakkumulierbarer Stoff 48

49 die Ergebnisse der Gefahrenbewertung, spricht man von qualitativen bzw. quantitativen Risikobewertungen. Die Exposition durch einen Stoff korreliert unmittelbar mit der Anwendung und der Situation während dieser Anwendung. Die für die Exposition und deren Abschätzung relevanten Parameter werden im Expositionsszenario beschrieben. Die Form der Anwendung spielt eine wichtige Rolle. Es müssen dabei alle Verwendungen bzw. Arbeitsschritte berücksichtigt werden, die zur Gesamtexposition einer Person durch einen Stoff beitragen (können). Weitere wichtige expositionsrelevante Parameter sind unter anderem: die Konzentration des Stoffes im Produkt, die Anwendungsdauer, die Bedingungen am Arbeitsplatz (z.b. innen/außen, schlechte/gute Belüftung), Kleidung, Schutzkleidung (Maske, Handschuhe, Arbeitskleidung), der individuelle Verwender (das Geschick, sauber zu arbeiten, Erfahrung,), etc. In vielen Fällen unterscheiden sich auch private von professionellen Anwendungen. Bei professionellen Anwendern ist es oft naheliegender, dass diese häufiger und für längere Zeiträume Produkte verwenden, wenn sie diese beruflich benötigen. All diese Parameter müssen im realen Fall für eine Expositionsbewertung berücksichtigt werden. Die Expositionshöhe kann sowohl aus einer Studie bzw. aus Messungen abgeleitet bzw. mithilfe von (Computer-)Modellen bestimmt werden, die ebenfalls auf zu Grunde liegenden Studien basieren. Dabei muss berücksichtigt werden, dass jede reale Verwendung individuell ist und die oben angegebenen Parameter variieren und manche mehr und manche weniger streuen können. Diese Streuungen müssen ebenfalls in der Abschätzung berücksichtigt werden. Entweder dadurch, dass die Abschätzung explizit darauf hinweist, dass die Bewertung den jeweiligen Aspekt abdeckt/nicht abdeckt (z.b. Expositionsszenario für Anwender mit Schutzkleidung) bzw. dass ein streuender Parameter mit dem Wert berücksichtigt wird, der in der Regel zu erwarten ist bzw. zur höchsten Exposition führen würde, aber gleichzeitig noch realistisch ist (meist Minimal- bzw. Maximalwerte der Streuung; Bei verschiedenen Arbeitszeiten mit dem Material wäre unter Umständen die maximal denkbare Zeit die gesamte Dauer des Arbeitstages). Die Leitlinien der ECHA zu den Informationsanforderungen und zur Stoffevaluierung 10 bieten allgemeine Anleitung für die Expositionsbewertung von Stoffen unter REACH: - Kapitel R 12: System der Verwendungsdeskriptoren (auch in Deutsch)

50 - Kapitel R 14: Occupational exposure estimation (in Englisch) - Kapitel R 15: Consumer exposure estimation (in Englisch) - Kapitel R 16: Environmental exposure estimation (in Englisch) - Kapitel R 17: Estimation of exposure from articles (in Englisch) Der Anhang zu R 14 enthält explizite Empfehlungen für die Exposition von Nanomaterialien am Arbeitsplatz (Europäische Chemikalienagentur, 2010). Für die Gefahrenbewertung werden in der Regel Werte aus Tierversuchen bzw. Humanstudien (etwa epidemiologische Studien) herangezogen, um mit Hilfe von Bewertungsfaktoren den sogenannten DNEL (Derived No Effect Level) zu ermitteln. Dies ist ein Wert, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass bei dieser Konzentration keine schädliche Wirkung durch den Stoff erfolgt. Für denselben Stoff werden verschiedene DNEL- Werte abgeleitet, da es einen Unterschied ausmacht, ob eine Aufnahme über die Atemwege, über die Haut oder eine orale Aufnahme erfolgt bzw. ob ein Effekt akut oder bei längerer Schadeinwirkung eintritt. Für die Mutagentität oder die Kanzerogenität der meisten Stoffe kann oft kein DNEL abgeleitet werden. Es kann kein Schwellenwert festgelegt werden, unterhalb dessen diese Stoffe ungefährlich sind, da bereits ein Molekül - obwohl mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit - theoretisch trotzdem zu einer Schadwirkung führen könnte. In diesem Fall wird bei entsprechender Datenlage ein sogenannter DMEL (Derived Minimum Effect Level) abgeleitet. Der DMEL stellt eine Dosis dar, unterhalb derer die Eintrittswahrscheinlichkeit des Effektes als gering und akzeptabel eingeschätzt wird. Die Eintrittswahrscheinlichkeit kann aber auch unterhalb dieser Konzentration nie vollständig ausgeschlossen werden. Insgesamt ist bei der Risikobewertung entscheidend, wie die Datenlage für einen Stoff bzw. dessen Formen aussieht: Je mehr Daten vorliegen, desto verlässlicher und ausgereifter kann die Bewertung erfolgen. 50

51 5.1.1 Expositionsbewertung von Nanomaterialien Eine Herausforderung Für die Expositionsbewertung von Nanomaterialien stellt sich die Situation derzeit nochmals schwieriger dar. Dies beginnt schon ganz am Anfang bei der Stoffidentität und der Charakterisierung eines Stoffes. Als Grundlage für die Stoffidentität gilt generell die chemische Zusammensetzung. Um der Verschiedenheit von Nanomaterialien mit gleicher chemischer Zusammensetzung zu begegnen, ist dieses System nur mit Einschränkungen verwendbar. Bis auf Ausnahmen wie Kohlenstoffnanoröhren, die häufig als eigener Stoff registriert worden sind, lassen sich in zahlreichen Registrierungsdossiers von Stoffen, von denen auch Nanoformen bekannt sind, derzeit keine Hinweis finden, ob Nanoformen miterfasst worden sind oder nicht (vgl. Linsinger et al., 2012). Darüber hinaus ist die weitere Inkludierung von Angaben zur Charakterisierung der Nanoformen zu gefährlichen Eigenschaften sowie zur Expositionsbewertung qualitativ sehr unterschiedlich ausgeprägt. Keine explizite Regelung von Nanomaterialien unter REACH Diese Qualitätsunterschiede in der Expositionsbewertung liegen insbesondere darin begründet, dass explizite Regelungen zu Nanomaterialien in der REACH-Verordnung derzeit fehlen. Nur in einigen Guidance-Dokumenten gibt es punktuell Hinweise zum Umgang mit Nanomaterialien unter REACH. Auch im derzeit verwendeten Übermittlungsformat IUCLID 5 gibt es bereits die Möglichkeit, Angaben über Nanomaterialien zu machen. Allerdings wird nun aufgrund der derzeitigen eher unbefriedigenden Situation die Aufnahme von Nanomaterial-spezifischen Vorschriften in die Anhänge konkret diskutiert. (s. Die Europäische Kommission, o.d.). Problematisch in diesem Zusammenhang ist auch, dass es nicht eine, sondern viele Nanoformen desselben Materials geben kann, die möglicherweise unterschiedliche Eigenschaften aufweisen: etwa in der Korngrößenverteilung, der kristallinen Struktur oder der Form. Dazu kommen wie bei herkömmlichen chemischen Stoffen auch eventuelle Verunreinigungen hinzu. Wie mit Nanomaterialien umgegangen werden soll, die über ein sogenanntes Coating verfügen, stellt zudem ein weiteres Problemfeld dar. Diese Coatings können organischer und anorganischer Natur sein und stellen Oberflächenfunktionalisierungen dar. In der Regel kann davon ausgegangen werden, dass es hier zu Änderungen der Eigenschaften kommt. 51

52 Messung von Nanomaterialien problematisch Eine weitere Schwierigkeit stellt die Messproblematik dar: Derzeit gibt es kein geeignetes Messverfahren für alle Nanomaterialien (vgl. Linsinger et al., 2012). Bei der Messung in der Luft ist die Hintergrundbelastung ein zu berücksichtigender Faktor (vgl. OECD, 2012). Zudem fehlen derzeit vielfach noch praktikable Nanomaterial-spezifische Messmethoden. 52

53 5.2 Beispiele für an REACH angelehnte Expositionsszenarien Die Ergebnisse der Aktivitäten aus Arbeitspaket 2 (vgl. Kap. 4) haben gezeigt, dass es in Österreich nur eine geringe Anzahl an Herstellern von Nanomaterialien gibt, während die Anzahl an Unternehmen, die Nanomaterialien oder nanomaterialhältige Produkte verwenden, wesentlich höher ist. Es muss dabei aber auch berücksichtigt werden, dass durch Anwendung der neuen Nanomaterialdefinition Materialien/Produkte/Branchen/Unternehmen dem Nanobereich zugeordnet werden, die früher wahrscheinlich intuitiv nicht diesem Bereich zugerechnet worden sind. Damit ist gemeint, dass viele in Verwendung befindliche Nanomaterialien zu großen Teilen (bezogen auf das Volumen) aus Partikeln größer als 100nm bestehen und bisher nur als feine Pulver betrachtet wurden. Durch einen hohen Feinstanteil (bezogen auf die Anzahl), der aber volumenmäßig weitaus geringer sein kann, erfüllen diese Materialien trotzdem die Nanomaterialdefinition. Bereits einige wenige Volumenprozent an Partikeln kleiner als 100nm, können u.u. mehr als 50% der Gesamtanzahl ausmachen, woraufhin das gesamte Material die Nanomaterialdefinition erfüllt und als solches gewertet wird. Feine Pulver, die wie zuvor beschrieben diese Definition erfüllen, werden seit jeher sehr breit industriell eingesetzt. Nanomaterialien sind deshalb in jeder Branche und nicht nur im Nanotechnologiesektor zu finden. Expositionsszenarien eines nachgeschalteten Anwenders Eine Branche, bei der Nanomaterialien in einem sehr hohen Ausmaß verwendet werden, ist die Farben- und Lackindustrie. Die Wiener Firma Rembrandtin Lack GmbH Nfg KG (ein Unternehmen der Ring International Holding AG) hat sich bereit erklärt, Informationen zur Verfügung zu stellen, um die Anwendungen dieser Materialien zu beschreiben und für diesen Bereich und für die Anwender von Lacken und Farben exemplarische Expositionsszenarien abzuleiten. Mit einer Produktion von Tonnen (Stand 2007) im Wert von nahezu 400 Mio. Euro ist die Lackindustrie ein wichtiges Standbein der österreichischen Chemischen Industrie. Ca Arbeitnehmer/innen finden in Österreich in den vorwiegend klein- und mittelständisch strukturierten Betrieben Beschäftigung. Rembrandtin Lack GmbH Nfg KG entwickelt und erzeugt verschiedenste Beschichtungsstoffe. Das Unternehmen stellt selbst keine Pigmente oder Füllstoffe her, importiert diese auch nicht selbst, sondern bezieht diese für die Formulierung von Beschichtungsstoffen von europäischen Herstellern bzw. Importeuren. Gemäß der Chemikaliengesetzgebung REACH haben sie hiermit hinsichtlich der Verwendung von Pigmenten und Füllstoffen die Rolle eines nachgeschalteten Anwenders. Für diese Rolle sind innerhalb von REACH besondere 53

54 Informations- und Kommunikationspflichten vorgesehen. So sollten etwa die Verwendungen dem Registranten (=Hersteller/Importeur) soweit bekanntgegeben werden, damit dieser mit diesen Informationen die entsprechenden Expositionsszenarien erstellen kann. Zudem sollte der Registrant bei der Erstellung von Expositionsszenarien unterstützt werden, falls dies notwendig ist. Die jeweiligen Anwendungen sind nur dann zulässig, falls die Risikobewertung des Hersteller/Importeurs ergibt, dass kein Risiko besteht. Gegenwärtig beschäftigt die Firma Rembrandtin Lack GmbH Nfg. KG 143 Mitarbeiter/innen in den Bereichen Forschung, Beratung, Produktion und Verwaltung am Standort Wien- Floridsdorf. Expositionsszenarien eines Herstellers Die Firma C-Polymers ist ein österreichischer Hersteller von Nanomaterialien. Dieses Klosterneuburger Unternehmen stellt mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (engl.: MWCNTs: Multiwalled Carbon Nanotubes) und Kohlenstoff-Nanofasern (engl.: CNF: Carbon-Nanofibres) industriell her. CNTs und CNFs sind Formen des Elements Kohlenstoff (s. Kasten). Bisher ist die Anzahl der Anwendungen von CNTs in der industriellen Produktion noch vergleichsweise gering. Einerseits durch die noch vergleichsweise hohen Preise von CNTs für bestimmte Anwendungen. Andererseits auch dadurch, dass der Einsatz neuer Materialien (einer neuen Technologie) oft ebenso neue/geänderte Verfahrensschritte benötigt um diese Materialien überhaupt nutzen bzw. deren Potenziale voll ausschöpfen zu können. Durch die erforderlichen Investitionen und das verbundene Risiko dauert es je nach Branche und Anwendung, bis sich ein prinzipiell für gut befundenes Material durchsetzt und Anklang findet. Da anzunehmen ist, dass die Preise für CNTs wie in den letzten Jahren sinken und auch die industrielle Verwendbarkeit von CNTs vorangetrieben werden wird, ist mit steigenden Herstellungs- und Verwendungsmengen von CNTs in den nächsten Jahren zu rechnen. Derzeit gibt es einige Diskussionen darüber, ob insbesondere starre CNTs beim Einatmen Krebs hervorrufen können (vergl. Bundesamt für Umwelt (BAFU), 2013). Um Arbeitnehmer/innen zu schützen, wurde hier vom US-amerikanischen Institut NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) ein Grenzwert für die Exposition in der CNT- und CNF-Herstellung veröffentlicht: Er liegt bei 1 µg/m 3, ein sehr protektiver Wert, der jene Konzentration darstellt, die gemäß NIOSH noch akkurat gemessen werden kann. Dies ist ein bezüglich 8 Stunden gemittelter Wert und bezieht sich auf einatembaren Kohlenstoff (repirable 8-hr TWA: Time Weighted Average) (DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational 54

55 Safety and Health, 2013). Weitere Beurteilungswerte finden sich im Leitfaden für das Risikomanagement beim Umgang mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz (Kittel, 2010). Derzeit ruht die Produktion von CNTs und CNFs aufgrund wirtschaftlicher Bedingungen, allerdings kann mit einer Neuaufnahme der Produktion gerechnet werden. Hintergrundinformationen zum Element Kohlenstoff und seinen Nanoformen Es gibt die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Von Allotropie spricht man, wenn ein chemischer Stoff (hier Element) im selben Aggregatzustand in mehreren Strukturformen auftritt, die sich in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Die verschiedenen Strukturformen eines chemischen Elements werden als Modifikationen bezeichnet. Hinsichtlich des Elementes Kohlenstoff unterscheidet man die Modifikationen Diamant und Graphit. Darüber hinaus gibt es noch weitere Formen wie Kohlenstoffnanoröhren, Fullerene und Kohlenstoffnanofasern. Diese treten als Nanomaterialien auf und lassen sich strukturell von der Graphit- bzw. von der Diamantstruktur ableiten. Obwohl der Begriff Modifikation sich auf den zugrunde liegenden Stoff (hier: Kohlenstoff) bezieht, können unter realen Bedingungen auch Fremdatome in diesen Materialien als Verunreinigungen auftreten bzw. bewusst bei der Herstellung eingebracht worden sein, die zu weiteren Änderungen der Eigenschaften führen können. Alle Formen des Kohlenstoffs basieren auf den chemischen Bindungsstrukturen und Hybridorbitalen, die zu unterschiedlichen Anordnungen der Kohlenstoffatome und Eigenschaften dieser Materialien führen (z.b. Graphit: weich, elektrisch leitend; Diamant: hart, elektrisch nicht leitend). Diamant: Im Diamanten sind die Kohlenstoffatome tetragonal miteinander verbunden (sp3 Bindung: jedes C-Atom besitzt 4 Nachbarn) (siehe Abb. 13 a). Graphit: Die Kohlenstoffatome im Graphit bilden plane Ebenen bestehend aus regelmäßigen Sechsecken (sp2 Bindung: jedes C-Atom besitzt 3 Nachbarn). Innerhalb der Ebenen sind die Bindungskräfte zwischen den Atomen sehr stark. Die Kräfte zwischen den Ebenen sind schwächer ausgeprägt. Die Weichheit des Graphits (Verwendung als Schmiermittel und für Bleistiftminen (Härteregulierung durch Tonzugabe)) resultiert aus der Verschiebung der Ebenen gegeneinander und den Einschluss kleinster Wassermengen, die im Alltag vorzufinden 55

56 sind, zwischen den Kohlenstoffebenen, die die Bindungen zwischen den Ebenen noch mehr schwächen (siehe Abb. 13 b). Fullerene: Bei Fullerenen handelt es sich um Objekte im nm-bereich. Sie besitzen räumliche Käfigstrukturen, bei denen die Wände vor allem aus 6- und 5- Ecken aufgebaut sind (siehe Abb. 13 d), e), f). Die Ecken werden von Kohlenstoffatomen gebildet (sp2 Bindungen). Die Struktur lässt sich vom Graphit ableiten. Durch den Einbau von 5-Ecken in die planen Ebenen des Graphits (ausschließlich 6-Ecke) entstehen gekrümmte Flächen, die bei Fullerenen geschlossene Käfige bilden. Das bekannteste Fulleren - das Buckminster Fulleren - besteht aus 60 Kohlenstoff-Atomen und enthält neben Sechsecken nur Fünfecke. Das so entstehende Gebilde gleicht einem Fußball (siehe Abbildung 13 d). Abbildung 13: a) Diamant, b) Graphit, c) Lonsdaleit, d) Buckminsterfullerene (C60), e) C540 f) C70 g) Amorpher Kohlenstoff h) Nanoröhrchen (Kohlenstoff, 2013) Quelle: Kohlenstoff, 2013 Kohlenstoff kann auch noch in weiteren Formen vorkommen, wie bereits genannt als Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon-Nanotubes/CNT) (siehe Abb. 13 h), Kohlenstoffnanofasern (Carbon-Nanofibres/CNF), Ruß (industriell gezielt hergestellter Ruß: Carbon Black), etc. Bei den erstgenannten Beispielen handelt es sich um Nanomaterialien. Bei verschiedenen Rußen kann es sich ebenfalls um Nanomaterialien handeln. Kohlenstoffnanoröhren (Carbon-Nanotubes/CNT): Sie besitzen eine zylindrische Form. Ihre Geometrie ergibt sich aus einer planaren Schicht wie beim Graphit, die zu einem Zylinder aufgerollt wird. Die entstandene Röhre kann zusätzlich noch verdreht sein. Es können mehrere einwandige Röhren konzentrisch ineinander vorliegen, so dass man von Multi- Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) spricht, im Gegensatz zu Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNT), die nur aus einer Röhre bestehen (siehe Abb. 14). Typische 56

57 Durchmesser liegen im Bereich von wenigen Nanometern (ca. 5 30nm, bei SWCNTs auch <1nm) und üblichen Längen im Bereich von bis zu mehreren Millimetern. Kohlenstoffnanofasern (Carbon-Nanofibres/CNF): Sie besitzen ebenfalls wie CNTs eine zylindrische Form. Sie entstehen aber durch Stapelung von Schichten (Schichtstruktur ähnlich zu Graphit). Die typischen Durchmesser betragen je nach Typ zwischen 150 und 300nm. Ruße entstehen aus Verbrennungsprozessen und enthalten 80% bis 99.5% Kohlenstoffanteil. Sie weisen keine regelmäßigen, sondern amorphe Strukturen auf (Mix an sp2 und sp3) (siehe Abb. 13 g). Darüber hinaus besitzen sie auch wie aus den Konzentrationsangaben von zuvor hervorgeht, einen Anteil an Nichtkohlenstoff. Je höher der C-Anteil umso größer ist die strukturelle Ähnlichkeit und die Eigenschaften zum Graphit. Abbildung 14: Single walled carbon nanotubes und multi walled carbon nanotubes Quelle: Choudhary & Gupta,

58 5.2.1 Nanomaterialrelevante Expositionsszenarien aus der Farben- und Lackbranche Die folgenden Expositionsszenarien und Überlegungen zu Beschichtungsstoffen und Nanomaterialien entstanden mit dankenswerter Unterstützung durch die Firma Rembrandtin Lack GmbH Nfg. KG und insbesondere Ing. Christian Breitwieser, zuständiger Leiter für Qualitätssicherung, chemische Analytik und die Entwicklung von Sonderprojekten. Die meisten Fotos entstanden bei einem Besuch des Werks durch Mitarbeiter/innen des Umweltbundesamts. Einige der folgenden Informationen und Bilder sind zudem der vierten Auflage der Lackfibel (Berufsgruppe Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie, 2008), einer umfassenden Informationsbroschüre der Österreichischen Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie, mit dem Titel Wissenswertes über Beschichtungsstoffe. Unsere Zukunft. Unser Lack. entnommen, an deren Erstellung die Firma Rembrandtin Lack GmbH Nfg. KG beteiligt war. Zur Erklärung der verschiedenen Bezeichnungen im Lackbereich sind folgende Definitionen nach EN ISO 4618:2006 angeführt (s. Kasten). Begriffe laut EN ISO 4618:2006 Unter Beschichtungsstoff versteht man ein flüssiges, pastenförmiges oder pulverförmiges Produkt, das, auf ein Substrat aufgetragen, eine Beschichtung mit schützenden, dekorativen und/oder anderen spezifischen Eigenschaften ergibt. Anmerkung: Beschichtungsstoff schließt Benennungen wie Lack, Anstrichstoff und Benennungen für ähnliche Produkte mit ein. Diese werden zum Teil noch alternativ verwendet (Definition 2.50). Eine Beschichtung ist eine durchgehende Schicht, die durch ein- oder mehrmaliges Auftragen eines Beschichtungsstoffes auf ein Substrat entsteht. Lack ist eine historisch gewachsene Bezeichnung für eine Vielzahl von Beschichtungsstoffen und Beschichtungen. Lacke sind durch guten Verlauf und bestimmte Glanzeigenschaften gekennzeichnet. Anstrichstoff ist eine historisch gewachsene Bezeichnung für eine Vielzahl von Beschichtungsstoffen, abgeleitet vom Verarbeitungsverfahren Streichen (Definition 2.49). Farbe ist ein Sinneseindruck, der durch visuelle Wahrnehmung von Strahlung einer gegebenen Zusammensetzung entsteht. 58

59 Farbe ist durch Buntton, Sättigung und Helligkeit gekennzeichnet. Für Beschichtungsstoffe und Beschichtungen sollte Farbe im Sprachgebrauch nur noch für zusammengesetzte Begriffe gebraucht werden, wie z.b. Dispersionsfarbe, Leimfarbe, Schiffsfarbe, Straßenmarkierungsfarbe (Definition 2.57). Das Produktangebot der Firma Rembrandtin Lack GmbH Nfg. KG umfasst Beschichtungsstoffe für Straßenmarkierungen, Industrie- und Schienenfahrzeuge, Industrielacke (z.b. für Landmaschinen, Baugeräte, Spezialmaschinen, Sportgerätebereich), Elektroblechlacke, Korrosionsschutzlacke und hochhitzefeste Systeme (Lacklösungen z.b. für Kaminöfen, Rauchrohre und Kochplatten) Beschichtungsstoffe und ihre vier Grundkomponenten Beschichtungsstoffe enthalten 4 Grundkomponenten (siehe Abb. 15): Pigmente und Füllstoffe geben dem Beschichtungsstoff Farbe, können je nach Art verschiedene Aufgaben erfüllen und sind gleichmäßig im Bindemittel verteilt. Sie bestehen aus anorganischen oder organischen, unlöslichen pulverförmigen Feststoffen. Per Definition sind Pigmente im Gegensatz zu Farbstoffen Farbmittel, die im Beschichtungsstoff praktisch unlöslich sind. Von funktionellen Pigmenten spricht man, wenn die Pigmente neben der Farbgebung auch noch andere Eigenschaften mit sich bringen und z.b. zu Beschichtungsstoffen mit verbessertem Korrosionsschutz, Brandschutz, erhöhtem UV-Schutz oder geringerer elektrostatischer Aufladung führen. Füllstoffe sind ebenfalls unlösliche Substanzen, die zur Vergrößerung des Volumens, Verbesserung technischer Eigenschaften und/oder zur Beeinflussung optischer Eigenschaften verwendet werden. Die Grenzen zwischen Pigmenten und Füllstoffen sind fließend. Bindemittel umhüllen die Pigmente und Füllstoffe und bilden einen Schutzfilm für diese. Sie bestehen aus verschiedenen Natur- oder Kunstharzen und sorgen für eine gute Haftung zwischen den Partikeln und dem Untergrund. Lösemittel machen die Beschichtungsstoffe verarbeitbar. Sie ermöglichen z.b. das Verstreichen und das Versprühen dieser Stoffe. Sie basieren auf Wasser oder verschiedenen flüchtigen organischen Flüssigkeiten, die während des Verarbeitens und beim Trocknen verdunsten. Additive dienen der Verbesserung der spezifischen Eigenschaften oder Anwendungsmöglichkeiten eines Beschichtungsstoffes. Sie verhindern beispielsweise, dass der Beschichtungsstoff schäumt oder vorzeitig abläuft. 59

60 ABBILDUNG 15: GRUNDBESTANDTEILE EINES BESCHICHTUNGSSTOFFES Quelle: Berufsgruppe Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie, 2008, S ). Pigmente und Füllstoffe werden in der Regel als sehr feine Pulver eingesetzt. Die Verwendung feiner Pulver für die Herstellung von Beschichtungsstoffen ist nicht neu und geschieht in dieser Branche seit alters her. Viele der verwendeten Materialien erfüllen aufgrund einer hohen Anzahl kleinster Partikel im Nanometerbereich die Definition für Nanopartikel gemäß Kommissionsempfehlung, wobei diese kleinsten Partikel insgesamt aber dagegen oft nur einen kleinen Anteil des Gesamtvolumens im Material ausmachen. Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei Pigmenten und Füllstoffen um Nanomaterialien laut Definition handelt, ist kein Ausnahmefall, sondern ein häufig zu erwartendes Ergebnis für die verwendeten Materialien in dieser Branche. Bei den Pigmenten unterscheidet man: Anorganische Pigmente Weißpigmente wie z.b. Titandioxid Anorganische Bunt- und Effektpigmente (Metallpigmente, Ruße, Oxidpigmente z.b. Eisenoxid, Hydroxidpigmente, etc.). Effektpigmente verleihen den beschichteten 60

61 Oberflächen winkelabhängige Farbton- oder Glanzänderungen (z.b. Metallglanz, Perlglanz, etc.). Funktionelle Pigmente: In diesem Fall stehen andere Eigenschaften als Farbeffekte im Vordergrund (z.b. Verwendung von Pigmenten für Korrosionsschutz, UV-Schutz, Transparenz, Kratzfestigkeit, Wasserbeständigkeit) Organische Pigmente Azo-Pigmente Höhere polyzyklische Pigmente Metallkomplexpigmente Füllstoffe sind meist anorganische Stoffe mit geringer Brechzahl und dienen der Mechanischen Verstärkung Verbesserung der Biege-, Haft- und Zugfestigkeit Steuerung des Glanzgrades Reduzierung der Kosten von Beschichtungen Üblich sind Karbonate (Kreide, Calcit, Dolomit, etc.) Siliziumdioxid (Quarzmehle verschiedener Teilchengrößen) Kieselsäuren (Kieselgur) Silikate (Talkum, Kaolin, Glimmer, etc.) Sulfate (z.b. Schwerspat) Das Hauptanwendungsgebiet von Füllstoffen in Beschichtungsstoffen sind Grundierungen, Spachtelmassen, Füller, Dispersionsfarben oder kunstharzgebundenen Putze. Sowohl das Hantieren mit Füllstoffen als auch das Hantieren mit Produkten, die diese enthalten, kann demnach zu einer Exposition durch Nanopartikel und Nanomaterialien führen. 61

62 ABBILDUNG 16: LAGERHALLE DER FA. REMBRANDTIN Quelle: Foto von M. Kinzl, Umweltbundesamt GmbH Die Fa. Rembrandtin lagert Rohstoff- Kleinmengen und lagerungsempfindliche Rohstoffe in Innenbereichen und Großmengen gesichert, überdacht in Außenbereichen. Viele der verwendeten Pigmente und Füllstoffe (hier in Säcken abgepackt und gelagert, siehe Abb. 16) erfüllen die Definition für Nanomaterialien. Unter Anwendung dieser neuen Definition verwendet diese Branche Nanomaterialien in großen Mengen im Arbeitsalltag und nicht nur in Ausnahmefällen. Nutzung von und Werbung mit Nano-Effekten In jüngster Zeit wurde in einigen Fällen versucht, durch das Einbringen von Partikeln im Nanometerbereich bestimmte Nano-Effekte gezielt zu nutzen, die mit größeren Partikeln desselben Materials gar nicht bzw. schlechter erreichbar sind. Folgende Passage aus der Lackfibel (Berufsgruppe Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie) aus dem Jahr 2008 weist auf die möglichen Nutzungsmöglichkeiten der Nanotechnologie in Beschichtungsstoffen hin: Durch Einmischen von Nanopartikeln in Lacke lässt sich eine Vielzahl an Innovationen auf der Oberfläche realisieren. Kratz- und abriebfeste Lacke für Parkettböden oder Autos können beispielsweise durch harte, anorganische Nanopartikel (Quarz, Korund) gefertigt werden. Dadurch kann die vom Kunden immer wieder geforderte Widerstandsfähigkeit gegenüber Stahlwolle erzielt werden. Die seit langer Zeit bekannte antimikrobielle Wirkung von Silberionen kann durch Einmischen von nanoskaligen Silberpartikeln in die Beschichtung ausgenützt werden, um sogenannte hygienische Lacke zu erhalten, welche die Oberfläche keimfrei halten. Kommerzielle Produkte reichen von Kühlschrankbeschichtungen über Möbellacke bis hin zu Wandfarben für den Spital-, Sanitär- oder Küchenbereich. Anorganische Teilchen wie beispielsweise Zinkoxid-, Titandioxid- oder Eisenoxid-Nanopartikel, schon lange für den Lichtschutz in Sonnencremes eingesetzt, werden auch im Bereich Holzschutz eingesetzt, um holzzerstörendes UV-Licht auszufiltern. Anwendungen finden auch sogenannte Nanoclays - also Plättchen mit einer Dicke von 1nm und einem Durchmesser von 200nm - im Bereich von Barriereschichten und insbesondere im Bereich von 62

63 Flammschutzsystemen. In brandhemmenden Lacksystemen, aber auch im Bereich Antistatikbeschichtungen oder Abschirmlacken gegen Elektrosmog kommen Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nanotubes, CNTs) zum Einsatz. Mit Nanopartikeln ausgerüstete Farben und Lacke führen zu extrem schmutz- und wasserabweisenden Beschichtungen und erleichtern die Reinigung ( Easy-to-clean, Lotus-Effekt ) und verhindern die Feuchtigkeitsaufnahme. Analoges gilt für selbstreinigende Farben auf Basis der Photokatalyse durch Titandioxid-Nanopartikel (Anatas), welche an Fassaden anlagernde organische Schmutz- oder Schadstoffpartikel zersetzen. Nanotechnologie ermöglicht auch dekorative Farb- und Glanzeffekte mit nanoskaligen Pigmenten Erfüllung der Nanodefinition gemäß der Kommissionsempfehlung In vielen Fällen werden Pigmente und Füller, die die Nanomaterial-Definition erfüllen, für herkömmliche Zwecke eingesetzt und wie herkömmliche Pulver verwendet ohne bewusst auf einen Nano-Effekt wie oben beschrieben, abzuzielen. Vielen Verwendern von technisch hergestellten Pulvern ist auch nicht bewusst, dass sie Nanomaterialien entsprechend der neuen Definition (Oktober 2011) verwenden, da sie von ihren Herstellern nicht die entsprechenden Informationen erhalten haben bzw. die Daten fehlen, um die Übereinstimmung mit der Definition zu überprüfen. Denn für den Abgleich mit der Definition werden eine anzahlbezogene Partikelgrößenverteilung bzw. der mittlere Durchmesser der anzahlbezogenen Partikelgrößenverteilung (d50) benötigt. Die Angaben zur Partikelgröße sind in der Regel aber meistens volumenbezogen. Eine weitere Möglichkeit für einen Abgleich stellt die spezifische Oberfläche dar. Diese wird aber ebenfalls nicht in jedem Fall von den Herstellern mitgeteilt. Zu berücksichtigen ist hier ebenfalls, dass unter Umständen auch verschiedene Ergebnisse vorliegen können - durch Unterschiede zwischen Produktchargen (Streuungsbereich der Produktion) bzw. durch unterschiedliche Analyseverfahren, die für die Feststellung der Definition nicht vorgeschrieben wurden. Darüber hinaus räumt die Definition ein, dass der Schwellenwert von 50% für die Anzahlgrößenverteilung durch einen Schwellenwert zwischen 1% und 50% ersetzt werden kann, falls Umwelt-, Gesundheits-, Sicherheits- oder Wettbewerbserwägungen dies rechtfertigen. Zusammenfassend zeigt sich, dass die Feststellung der Nanomaterial-Definition unter Umständen nicht trivial bzw. je nach Datenlage nicht immer eindeutig ist. Folgende (Nano)materialangaben wurden von der Firma Rembrandtin Lack zur Verfügung gestellt auf Anregung des Umweltbundesamts wurde eine erste Evaluierung vorgenommen, ob es sich um Nanomaterialien handelt. 63

64 Eine Analyse zeigte, dass viele der verwendeten Pigmente und Füllstoffe die Definition für Nanomaterialien erfüllen. Diese Feststellung ist für die Verwender von solchen Materialien oft auf den ersten Blick aus den Herstellerdaten nicht ersichtlich, sodass eigene Messungen bzw. Berechnungen des Unternehmens nötig sind, um das Zutreffen der Nanodefinition zu überprüfen, falls dies aufgrund der vorhandenen Informationen überhaupt für die Betroffenen möglich ist. Ähnliche Situationen sind auch für jeden anderen Hersteller von Beschichtungsstoffen und für viele andere Branchen zu erwarten und kein Spezifikum dieses Unternehmens. In den folgenden Beispielen (s. Tabelle 1) ist die spezifische Oberfläche typischer Pigmente der Beschichtungsstoffindustrie angegeben. Sie liegt in vielen Fällen oberhalb des Grenzwertes von 60 m 2 /cm 3. Somit handelt es sich in diesen Fällen um Nanomaterialien per Definition. TABELLE 1: NANOMATERIALRELEVANTE ANGABEN ZU VERSCHIEDENEN PIGMENTEN *m 2 /g x Dichte = m 2 /cm 3 **Quelle: Kittel, 2003; Lückert, 2002 Pigment Spezifische Oberfläche (BET) Ruße Flamm Ruße m 2 /g* (mittl. Teilchengröße nm) Gas-Ruße m 2 /g* (mittl. Teilchengröße 10 30nm) Furnace-Ruße m 2 /g*(mittl. Teilchengröße 10 80nm) Eisenoxid-Pigmente** m 2 /cm 3 Eisenoxid-Pigmente m 2 /cm 3 transparent** Ultramarin Pigmente ** ~103 m 2 /cm 3 Pyrogene Kieselsäuren Aerosil m 2 /g* Aerosil m 2 /g* Gefällte Kieselsäuren Mattierungsmittel OK >250 m 2 /cm 3 Kieselgele Syloid ~800 m 2 /cm 3 Ad Heliogenblau Heliogenblau-Typen haben laut den Angaben des Herstellers eine spezifische Oberfläche (BET) von m²/g. Bei einer Dichte von ca. 1,6 g/cm³ ergibt sich für die volumenbezogene 64

65 spezifische Oberfläche m²/cm³ (m 2 /g x Dichte = m 2 /cm 3 ), wodurch Heliogenblau- Typen als Nanopartikel zu klassifizieren sind. Bei Hostapermrot- und Hostapermrotviolett- Typen ist die Sachlage vergleichbar. Sie sind ebenfalls Nanomaterialien gemäß der von der EU empfohlenen Definition. Weitere Beispiele dieser Art gibt es viele. Gemäß Information des Unternehmens gibt es praktisch keine industriell hergestellte blaue Oberfläche ohne Heliogenblau. Ad Titandioxid Titandioxid ist das wichtigste Weißpigment. Eine gebräuchliche TiO 2 -Rutiltype wird von seinem Hersteller mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 0,3µm (300nm) charakterisiert. Basierend auf dieser Angabe allein kann nicht gesagt werden, ob es sich in diesem Fall um ein Nanomaterial handelt, da eine anzahlabhängige Partikelgrößenverteilung bzw. der mittlere Durchmesser der anzahlabhängigen Partikelgrößenverteilung (d50) dafür benötigt werden. Die Art der ursprünglich gemessenen Partikelgrößenverteilung ist auch vom Messverfahren abhängig. Eine volumenabhängige Partikelgrößenverteilung kann unter gewissen Umständen in eine anzahlabhängige Größenverteilung umgewandelt werden, falls das Verhältnis zwischen Anzahl und Volumen der Partikel bekannt ist und genähert werden kann. Bei z.b. annähernd kugeligen (sphärischen) Partikeln (z.b. Feststellung durch mikroskopische Aufnahmen) korrelieren Anzahl und Volumen über das Kugelvolumen miteinander. Die am häufigsten verbreitete und falls überhaupt angegebene Partikelgrößenverteilungsangabe ist die volumenbezogene Partikelgrößenverteilung (hier: die schwarze Kurve in Abb. 17). Sie zeigt, dass der mittlere Durchmesser wie vom Hersteller angegeben bei etwa 0.3µm liegt. Diese Kurve wurde in eine anzahlabhängige Größenverteilung umgerechnet (hier: die rote Kurve in Abb. 17). Der mittlere Durchmesser der anteilsbezogenen Partikelgrößenverteilungskurve liegt bei schätzungsweise 0,12µm (120nm). In diesem Fall würde es sich um kein Nanomaterial handeln, falls der Schwellenwert von 50% nicht reduziert wird wie es unter bestimmten Umständen der Definition nach prinzipiell möglich sein könnte. Zieht man den Schwellenwert von 0.1µm (=100nm) im Diagramm heran und nimmt die jeweiligen Schnittpunkte der Kurven für diesen Wert, zeigt sich, dass ca. 3% des Volumens (Schnittpunkt mit der schwarzen Kurve) ca. 30% der Gesamtanzahl der Teilchen (Schnittpunkt mit der roten Kurve) des Titandioxidpulvers von Partikeln gebildet werden, die kleiner 100nm sind. Sollte der Schwellenwert aus irgendeinem Grund dieses Pulver von 50% auf weniger als 30% für gelegt werden, würde es sich auch in diesem Fall um ein Nanomaterial handeln. 65

66 Fazit: Ca. 30% der Partikel (Anzahl) sind kleiner als 100nm und bilden nur ca. 3% des Volumens. Basierend auf der jetzigen Datenlage handelt es sich in diesem Fall um kein Nanomaterial laut Definition. ABBILDUNG 17: KUMULATIVE PARTIKELGRÖßENVERTEIL UNG EINES TIO 2-PULVERS Quelle: Präsentation von Chr. Breitwieser am (siehe A7, Punkt 1, S ) Fast alle der zuvor angeführten Stoffe können als Nanomaterialien vorliegen und eingesetzt werden. Das bedeutet, dass es sowohl beim Hantieren mit Pigmenten und Füllstoffen in ihrer Urform als auch beim Hantieren mit den Beschichtungsstoffen, die diese enthalten, zu einer Exposition von Menschen durch Nanopartikel (Partikel kleiner 100nm) und die entsprechenden Nanomaterialien (Stoffe wie z.b. Eisenoxid, Kieselsäure, Titandioxid in Nanoform) kommen kann. Fazit zur Diskussion zu Erfüllung der Nanomaterial-Definition Die angeführten Beispiele zeigen, dass viele Materialien/Produkte des industriellen Alltags, die bisher nur als feine, staubige Pulver gegolten haben, die Definition für Nanomaterialien erfüllen (siehe Anhang A5). Die Definition als Nanomaterial muss aber neutral und wertefrei gesehen werden, da sie nichts über die Gefährlichkeit des Materials und das Risiko durch die jeweiligen Anwendungen aussagt. Es ist aber wahrscheinlich, dass viele Branchen, die feine Pulver herstellen oder verwenden, es mit Nanomaterialien zu haben ohne davon zu wissen bzw. ohne es prüfen zu können. 66

67 Expositionsszenarien zur Beschreibung der Exposition durch Nanomaterialien Die Verfahren im Werk der Firma Rembrandtin folgen dem Arbeitsschutz. Ebenso ist die Firma bemüht, die Belastung der Arbeitnehmer/innen durch kontinuierliche Verbesserungen von Verfahren, Risikomanagementmaßnahmen und Schutzkleidung in allen Bereichen gering zu halten Herstellung von Beschichtungsstoffen Die anschließende Diskussion der Exposition durch Nanomaterialien erfolgt qualitativ. Eine quantitative Einschätzung der Expositionshöhe ist nicht möglich, da keine Messdaten vorliegen. Im Folgenden werden die Verfahrensschritte und die daran geknüpften Expositionsszenarien vorgestellt. Darauf basierend wird versucht, die kritischsten Szenarien mit größtem Expositionspotenzial zu identifizieren. Verfahrensschritte Im ersten Schritt werden im Prozess Mischen Bindemittel, Pigmente und Lösemittel mittels eines Rührwerks zu einer homogenen Paste verarbeitet. Im nachfolgenden Produktionsschritt, dem Dispergieren oder Reiben, erfolgt die Umhüllung der Pigmente mit dem Bindemittel. Dieser Vorgang erfolgt in geeigneten Mühlen. Im nächsten Schritt, dem Komplettieren, wird die dispergierte Paste mit Bindemittel, Lösemittel und Zusatzstoffen versetzt und somit in den lieferfähigen Beschichtungsstoff umgesetzt. Nach entsprechender Prüfung und genauer Einstellung des Farbtones, dem Nuancieren, wird der fertige Lack über eine Siebeinrichtung in das Liefergebinde abgefüllt (siehe Abb. 18). 67

68 ABBILDUNG 18: HERSTELLUNG VON BESCHICHTUNGSSTOFFEN Quelle: Berufsgruppe Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie, 2008, S Diskussion der Expositionsszenarien Die inhalative Expositionsroute gilt derzeit als potenziell kritischste Aufnahmeroute von Nanomaterialien, da durch die geringe Größe der Teilchen von einem tiefen Eindringen in die Atemwege und anschließend in den Körper selbst ausgegangen werden muss. Die dermale Aufnahmeroute wird hier im Vergleich nicht so kritisch gesehen: Die Haut - insbesondere intakte Haut - stellt einen besseren Schutz vor potenziell eindringenden Nanomaterialien dar. Die orale Exposition wird bei gewissenhaftem Umgang und entsprechender Hygiene am Arbeitsplatz im Regelfall ebenfalls als nicht relevant eingeschätzt. Geht man von diesen Einschätzungen aus und betrachtet den Gesamtprozess, stellt sich das direkte Hantieren mit Pigmenten und Füllstoffen (in Pulverform) durch die Gefahr der Inhalation von Nanostäuben als kritischstes Expositionsszenario dar. Ein Beispiel wäre das Einund Umfüllen von Pigmenten und Füllstoffen in Behältnisse wie den Vormischer oder in Lagerbehältnisse. Unter Berücksichtigung der unter REACH verwendeten Verfahrenskategorien handelt es sich um die Verfahrenskategorien 8a und 8b (siehe Anhang A4 und vollständige Bezeichnung von PROC 8a und 8b unten) Diese Arbeitsschritte werden von Mitarbeitern der Fertigung im Werk der Firma Rembrandtin erledigt. Vor Ort befinden sich Absaugungen für die Arbeitshallenabschnitte und die kritischen Bereiche. 68

69 PROC 8a: Transfer des Stoffes oder der Zubereitung (Beschickung/Entleerung) aus/in Gefäße/große Behälter in nicht speziell für nur ein Produkt vorgesehenen Anlagen PROC 8b: Transfer des Stoffes oder der Zubereitung (Beschickung/Entleerung) aus/in Gefäße/große Behälter in speziell für nur ein Produkt vorgesehenen Anlagen Die Firma Rembrandtin Lack GmbH Nfg KG schreibt ihren Mitarbeiter in der aktuell gültigen Mitarbeiterunterweisung gemäß ASchG 14 (Fassung: März 2008) je nach Tätigkeit und Arbeitsbereich (z.b. für Umfüll-, Transport- oder Laborarbeiten) entsprechende persönliche Schutzkleidung für Mitarbeiter der Fertigung vor: Kappe, Schutzbrille, Staubmaske (Dissolver), Arbeitskleidung, Handschuhe (nicht bei Rührwerk) und Sicherheitsschuhe (s. Abb. 19). ABBILDUNG 19: SCHUTZKLEIDUNG FÜR MITARBEITER DER FERTIGUNG Quelle: Mitarbeiterunterweisung der Fa. Rembrandtin Folgende Fotos zeigen das Ein- und Umfüllen im Werk. Die Abbildungen 20 und 21 zeigen das Hantieren mit Pulvern in Papiersäcken. Diese werden dazu mit einem Messer angeschnitten und in die Rührbehälter geleert. Abbildung 22 zeigt einen Sack für größere Mengen, der an einer Zugvorrichtung befestigt ist und so leichter transportiert werden kann. Über eine Öffnung am Boden des Sackes wird der Inhalt in den Sammeltrichter des Behälters darunter geleert. 69

70 ABBILDUNG 20: ANSCHNEIDEN EINES PULVERSACKES BEIM EINFÜLLEN DES PULVERS ABBILDUNG 21: ENTLEEREN DER PAPIERSÄCKE IN DEN RÜHRBEHÄLTER Quelle Abb : Foto von M. Kinzl, Umweltbundesamt GmbH ABBILDUNG 22: ZUGVORRICHTUNG FÜR DEN TRANSPORT GRÖßERER MENGEN Quelle: Foto von M. Kinzl, Umweltbundesamt GmbH Sobald die Pigmente und Füllstoffe in die Lackmatrix eingebunden sind, werden sie in Vormischern und Fertigmischern gleichmäßig mit den restlichen Bestandteilen vermengt (s. Abb ). Die Rührbehältnisse sind entweder massiv verschlossen bzw. mit Folien abgedeckt, um die Freisetzung von Lösungsmitteln gering zu halten. Eine staubförmige Freisetzung des Nanomaterials, die zu einer Inhalation dieser Partikel führen könnte, ist aus dieser flüssigen, pastösen Matrix weitestgehend auszuschließen. 70

71 ABBILDUNG 23: RÜHRKESSELSERIE MIT FOLIEN VERSCHLOSSEN ABBILDUNG 24: RÜHRKESSEL MIT FOLIE VERSCHLOSSEN Quelle Abb : Foto von M. Kinzl, Umweltbundesamt GmbH ABBILDUNG 25: RÜHRKESSELSERIE Quelle: Foto von M. Kinzl, Umweltbundesamt GmbH Da es sich bei Nanomaterialien um Feststoffe handelt, ist für gewöhnlich auch eine gasförmige Freisetzung des Nanomaterials abhängig vom Dampfdruck vernachlässigbar. Dies würde einem Verdampfen des Nanomaterials entsprechen wie man es z.b. von flüchtigen Lösungsmitteln kennt. Ein Fall, der kaum zutrifft und nur der Vollständigkeit halber hier angeführt wird. In diesem Fall würde es sich aber auch nicht mehr um eine Exposition durch Nanomaterialien handeln, da ab diesem Zeitpunkt das ursprüngliche Nanomaterial nicht mehr als Partikel sondern als Gas vorliegen würde. Fazit: Hinsichtlich der Verwendung von Pigmenten und Füllstoffen und der Exposition durch Nanomaterialien in dieser Branche erscheinen Anwendungen, die das direkte Hantieren mit den pulverförmigen Produkten erfordern, wie z.b. PROC 8a oder 8b, die kritischsten Anwendungen/Expositionsszenarien für die menschliche Gesundheit der Arbeitnehmer/innen zu sein. Dieser Schluss basiert darauf, dass die inhalative Aufnahme von (Nano)-Partikeln als besonders kritisch gesehen wird, während die intakte Haut eine vergleichsweise gute Barriere 71

72 gegen die Penetration durch Nanopartikel sein sollte. Die Verwendung der vom Unternehmen vorgeschriebenen Risikomanagementmaßnahmen und Schutzkleidung für diese Prozesse wird empfohlen. Bei den Anwendungen, bei denen die Pigmente und Füllstoffe bereits in die Lackmatrix eingearbeitet wurden, wird die Freisetzungswahrscheinlichkeit dieser Partikel in die umgebende Luft weitestgehend ausgeschlossen. Diese Anwendungen sollten hinsichtlich der möglichen inhalativen Aufnahme unkritisch sein. Zu berücksichtigen ist, dass diese Einschätzung der Relevanz/Gefährlichkeit von Prozessen sich auf die Exposition von Nanomaterialien durch Pigmente und Füllstoffe bezieht. Diese Einschätzung gilt nicht für andere Stoffe, die am Arbeitsplatz verwendet werden und zu einer unerwünschten Exposition von Arbeiter/innen führen können (wie z.b. Lösungsmittel). Hinsichtlich anderer Stoffe sind möglicherweise andere Anwendungen als kritischer für die menschliche Gesundheit zu erachten und dementsprechend sind sicherheitstechnische Maßnahmen zu setzen Verwendung von Lacken: Konsumentenanwendungen und berufliche Anwendungen Um die Exposition/die Aufnahme über die drei relevanten Routen (inhalativ, dermal, oral) abzuschätzen, müssen folgende Angaben bekannt sein und abgeschätzt werden: Für die inhalative Aufnahme: Die eingeatmete Menge an Stoff Für die dermale Aufnahme: Die auf der bloßen Haut abgeschiedene Menge an Stoff Für die orale Aufnahme: Die oral aufgenommene Menge an Stoff Die Diskussion der Exposition durch Nanomaterialien erfolgt anhand von Beispielen. Es wurden keine Messdaten erhoben. Es wird aber gezeigt wie eine Expositionsbewertung prinzipiell durchgeführt werden kann. Im Folgenden werden die Verfahrensschritte und die daran geknüpften Expositionsszenarien vorgestellt. Darauf basierend wird versucht, die kritischsten Szenarien mit größtem Potenzial zu identifizieren. Die Anwendungen werden anschließend hinsichtlich ihrer Relevanz bezüglich Exposition durch Nanomaterialien diskutiert. 72

73 Konsumentenanwendungen Untenstehend erfolgen Beschreibungen von Konsumentenanwendungen (nichtprofessionellen, nicht-beruflichen Anwendungen) von Beschichtungsstoffen: Pinselauftrag Man taucht den Pinsel in den Farbtopf, streift ab und verstreicht. Man streicht den Lack bzw. die Farbe in einer Richtung auf die Fläche bis der Pinsel ausgestrichen ist; dann in gleichmäßigen Zügen flott in der Querrichtung, bis die Fläche mit einem völlig gleichmäßigen Überzug versehen ist. Rollen Für größere ebene Flächen kommt anstelle des Pinsels immer häufiger die Rolle zum Einsatz. Je nach Art des Beschichtungsmaterials muss die geeignete Rolle ausgewählt werden (siehe Abb. 26). Konventionelles Spritzen Spritzen mit einer Druckluftpistole. Die einfachste Art ist das Spritzen mit einer Becherpistole und Druckluftunterstützung. Vorheriges Verdünnen des Lackes ist meistens notwendig (siehe Abb. 27). Sprayen Vor allem im Do-it-yourself-Bereich ist Sprayen eine beliebte Form der Applikation, insbesondere im dekorativen Bereich, aber auch für die Lackierung kleiner Gegenstände wie Spielzeug oder Gartengeräte. Spraylacke finden vielfach Anwendung auch bei der Ausbesserung von Lackschäden oder als Dekorlackierung für Autofelgen. Quelle: Berufsgruppe Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie, 2008, S

74 ABBILDUNG 26: BEIM ROLLEN IST AUF EINE MÖGLICHST GLEICHMÄßIGE BENETZUNG DER ROLLE MIT BESCHICHTUNGSMATERIAL ZU ACHTEN. HILFREICH DABEI IST EIN SOGENANNTES ABROLLGITTER. ABBILDUNG 27: BEIM ARBEITEN MIT DER DRUCKLUFTPISTOLE SIND ENTSPRECHENDE SCHUTZMAßNAHMEN WIE ENTSPRECHENDE MASKE UND ARBEITSKLEIDUNG UNBEDINGT EMPFOHLEN. Quelle Abb : Berufsgruppe Lackindustrie im Fachverband der Chemischen Industrie, Pinselauftrag, Rollen (s. Abb. 26), Konventionelles Spritzen und Sprayen (s. Abb. 27) gehören zu den häufigsten Verwendungsarten von Beschichtungsstoffen im privaten Bereich. Wobei diese Verwendungsformen ebenso von gewerblichen Anwendern (wie z.b. Handwerkern) und auch von Arbeiter/innen an industriellen Arbeitsplätzen oder für industrielle Zwecke eingesetzt werden können. Hinsichtlich der Exposition von Verwendern hat jede Verwendungsart ihre Charakteristika. Unterschiede zwischen den Verwendungsarten Während beim konventionellen Spritzen und beim Sprayen Sprühnebel von Tröpfchen entstehen, die potenziell eingeatmet werden können, kann beim Pinselauftrag und beim Rollen die Wahrscheinlichkeit der Bildung großer Mengen eines inhalierbaren Aerosols als vergleichsweise gering eingeschätzt werden. Die Größen der Farbtröpfchen in Sprühnebeln liegen als Größenverteilungen vor und sind von verschiedenen Anwendungsparametern (Sprühventil, Sprühpistole, Druck, Treibgasmenge, etc.) abhängig. Im Regelfall befinden sich die Durchmesser der Tröpfchen im Mikrometerbereich, können aber sehr stark variieren. Es ist unwahrscheinlich, dass die Pigmente und Füllstoffe als freie Nanomaterialien (ohne der restlichen Beschichtungsstoffmatrix) freigesetzt werden. Das bedeutet, dass man es bei der Exposition mit Sprühnebeln mit Tröpfchen im Mikrometerbereich zu tun hat. Expositionsmodelle und Studien, die für diese Sprühanwendungen bereits entwickelt wurden, sind prinzipiell auch für diese Fälle anwendbar, da die Pigmente und Füllstoffe zu keinen Nano-Spezifika hinsichtlich dieses Aspektes führen. Darüber hinaus sollten auch Risikomanagementmaßnahmen wie Gesichtsmasken, die für geeignet befunden wurden, vor 74

75 diesen Sprühnebeln zu schützen, auch geeignet sein, vor den enthaltenen Nanomaterialien effektiv zu schützen. Ein anderer wichtiger Aspekt für die Expositionsbewertung ist, welche anderen Arbeitsschritte außer den Anwendungen selbst mit der Durchführung verbunden sind. Sprayen zum Beispiel wird zumeist mit ready-to-use Einweg-Sprühdosen durchgeführt. Das bedeutet, dass sie unmittelbar nach dem Kauf ohne Vorbereitungsschritte verwendet werden können. Ebenso sind keine Reinigungsschritte für die Reinigung von Sprühdosen erforderlich, da sie nachdem sie verbraucht sind, entsorgt werden. Bei den anderen genannten Verfahren sind Vorbereitungs- und Reinigungsschritte eher zu erwarten, wie das Einfüllen von Farbe in Gefäße, das Befüllen der Druckluftpistole, das Reinigen von Pinsel, Rolle und Pistole, etc. Diese Arbeitsschritte müssen für eine umfassende Expositionsbewertung neben der Hauptanwendung ebenfalls berücksichtigt und bewertet werden, da sie genauso zur Gesamtexposition des Verwenders beitragen (können). Dieselben Verfahren und Arbeitsschritte können auf unterschiedlichste Weise praktiziert werden. Hinsichtlich der Expositionshöhe besteht ein Unterschied, ob z.b. ein Roller an einer Stange befestigt oder als Handroller verwendet wird bzw. ob etwas horizontal oder kopfüber gesprüht wird. Bei einem Handroller ist es z.b. wahrscheinlicher, dass Hände und Arme stärker kontaminiert werden, während bei einem an einer Stange befestigten Roller der Abstand größer und damit die Kontaminationswahrscheinlichkeit und -höhe von Händen und Armen geringer sein sollte. Die möglichen Expositionslevel für das Kopfüber-Sprühen werden oft als höher als für die Horizontalanwendung eingeschätzt, da die Aerosolnebel teilweise nach unten in den Nahbereich (insbesondere in den Atembereich) des Anwenders sinken, während bei der Horizontalanwendung die Sprühnebel vom Anwender weggerichtet sind. Folgende Beispiele sollen zeigen, wie bei einer Expositionsabschätzung vorgegangen werden kann: Beispiel Konsumentenanwendung: Expositionsszenario für das Streichen von Brettern und Zäunen Ziel ist die Expositionsbewertung und abschätzung für eine Farbe, die ein Pigment als Nanomaterial enthält. 80% w/w (Massenprozent) der Farbe macht das Pigment aus. Diese Farbe ist für den nicht-professionellen Gebrauch und das Streichen von Holz im Außenbereich gedacht. In der Literatur findet sich eine vertrauenswürdige Studie, die eine repräsentative Anwendung und die Exposition anhand einer anderen Farbe beschreibt. Sie basiert auf 15 Messdurchführungen. 75

76 Exemplarisches Studienergebnis für das Streichen von Brettern und Zäunen für nicht-professionelle Anwender: Exposition des Körpers (ohne Hände) mit Farbe: 0,06 63,3mg/min* (50 th %: 5,06mg/min**; 75 th %: 16,9mg/min***) Exposition der Hände mit Farbe (auf Handschuhen): 0,11 56,3mg/min* (50 th % 3,47mg/min**; 75 th % 5,91mg/min***) Exposition der Hände mit Farbe (unterhalb der Handschuhe): 0,01 3,24mg/min* (50 th % 0,02mg/min**; 75 th % 0.3mg/min***) Inhalative Exposition durch Farbe: 0,5 8,03mg/m 3 * (50th % 1,63mg/m 3 **; 75th % 4,15mg/m 3 ***) * Minimal und Maximalergebnisse der 15 Messungen ** 50er-Perzentile der Messungen. 50% der Messwerte waren kleiner bzw. größer als dieser Wert. *** 75er-Perzentile der Messungen. 75% der Messwerte waren kleiner und 25% damit größer als dieser Wert. 76

77 Bei den oben angeführten Angaben handelt es sich um Expositionsraten. Sie geben in diesem Fall an, wie hoch die Exposition während des Streichens pro Zeiteinheit war. Bei einer geringen Anzahl von Messungen oder einer schlechten Übereinstimmung der Anwendung mit der realen Situation empfiehlt es sich, die Maximalwerte der verschiedenen Messergebnisse für die Berechnungen zu verwenden, um mögliche Unsicherheiten und die Möglichkeit der Unterschätzung der Exposition zu vermeiden. Selbiges gilt vor allem bei akuten und sehr schwerwiegenden toxischen Effekten, die unter allen Umständen vermieden werden müssen bzw. bei Effekten, bei denen ein Überschreiten unmittelbar zu negativen Effekten für die menschliche Gesundheit führen kann. Bei einer großen Anzahl von Messungen und einer guten Übereinstimmung des Modells aus der Literatur mit der Realität können für Effekte, die erst bei mehrmaligem Überschreiten des Grenzwertes auftreten, geringere Werte als der Maximalwert verwendet werden. Es wird als wenig wahrscheinlich angenommen, dass bei jeder Anwendung/jedem Ereignis zu jedem Zeitpunkt die Maximalwerte zutreffen. Nimmt man alle Parameter so an, dass sie für die Berechnung zur höchstmöglichen Exposition führen, ist oft mit einer signifikanten Überschätzung im Vergleich zu den Realfällen zu rechnen. Einerseits ist ein konservativer Ansatz erwünscht, um die Exposition und in Folge das Risiko nicht zu unterschätzen. Andererseits wird durch die Annahme vieler Parameter als schlimmste mögliche Fälle (Worst Case) das Risiko (signifikant) höher dargestellt, als es in der Regel in der Realität ist. Im Hinblick auf dieses Beispiel ist es wenig wahrscheinlich, dass in jeder Minute der Anwendung die angegebenen maximalen Expositionsraten erreicht werden. Um dies abzubilden, werden Perzentile verwendet. Die 75er-Perzentile einer Messserie gibt z.b. an, dass 75% der Messwerte kleiner und 25% größer als der entsprechende Wert sind. Je höher die Perzentile gewählt werden, umso konservativer (vorsichtiger) ist die Abschätzung. Im Folgenden soll die Expositionsbewertung für einen nicht professionellen erwachsenen Anwender gemacht werden. Der/die Ausführende verwendet die bereits angeführte Farbe, die 80 % w/w Nanomaterial als Pigment enthält. Da die Anwendungsdauer sehr stark variieren kann und im vorliegenden Fall als schlecht abschätzbar angenommen wird, werden durchgehende 8 Stunden pro Tag als konservativ angenommen. Er/sie verwendet keine Schutzhandschuhe und keine Schutzmaske. Es werden die 75er-Perzentile der Studien verwendet, da die Datenlage mit 15 Messungen im vorliegenden Fall und die Übereinstimmung mit der vorgesehenen Anwendung vergleichsweise gut beschrieben wird. Da die Anwendungsdauer mit 8 Stunden pro Tag für eine nicht professionelle Anwendung als relativ lange eingeschätzt wird, erscheint es 77

78 vertretbar, anzunehmen, dass es Phasen mit geringerer Exposition als die der maximalen Exposition gibt. Das Körpergewicht wird mit 60kg und das Atemvolumen mit 1.25m 3 /h bei leichter Tätigkeit als sogenannte Defaultwerte angenommen. Bei Defaultwerten handelt es sich um als repräsentativ geltende Werte, die für Berechnungen dieser Art empfohlen werden. Bei Körpergewicht und Atemvolumen handelt es sich um physiologische Parameter, die von Mensch zu Mensch variieren können. Da es für diese Berechnungen nicht üblich ist, diese Streuung darzustellen, müssen Werte verwendet werden, die repräsentativ sind und möglichst viele Personen abdecken. Unter REACH wird das Körpergewicht eines erwachsenen Mannes mit 70kg angenommen, das einer Frau mit 60kg (kg bw: kilogramm body weight). Da die Farbe sowohl von Männern als auch Frauen verwendet werden kann, wird das Körpergewicht mit 60kg angenommen, da es in diesem Fall der konservativere Wert ist und zu einer höheren möglichen Exposition - bei einer Angabe in mg pro kg Körpergewicht und Tag führt. Für die dermale Exposition ergibt sich: (16,9mg/min + 5,91mg/min) x 480min/d = 10948,8mg/d = 10,9488g/d Farbe auf der Haut 10,9488g/d x 0,8 = 8,75904g/d Nanomaterial auf der Haut 8,75904g/d /60kg bw= g/kg bw/d = 145,984mg/kg bw/d bezogen auf das Körpergewicht Ergebnis: Basierend auf den dargestellten Annahmen und Angaben ergibt sich eine (externe) dermale Exposition von 8,8g Nanomaterial pro Tag durch diese Anwendung. 8,8g Nanomaterial werden über die Farbe auf der Haut abgeschieden. Dies entspricht 146mg/kg bw/d bei einem Körpergewicht von 60kg. Wie viele und ob Anteile des Nanomaterials die Haut penetrieren und so in den Körper gelangen (interne Exposition), ist nicht bekannt. Falls dieses Nanomaterial aber die Haut penetrieren sollte, ist der Anteil umso größer je größer die externe Exposition ist. Für die inhalative Exposition ergibt sich: 4,15mg/m 3 x 8h/d x 1,25m 3 /h = 41,5mg/d inhalierte Farbe pro Tag 41,5mg/d x 0,8 = 33,2mg/d Nanomaterial in der Lunge 33,2mg/d / 60kg bw = 0,553mg/kg bw/d bezogen auf das Körpergewicht 78

79 Ergebnis: Basierend auf den dargestellten Annahmen und Angaben ergibt sich eine inhalative Exposition von 33,2mg/d Nanomaterial pro Tag durch diese Anwendung. Dies entspricht 0,552mg/kg bw/d bei einem Körpergewicht von 60kg. Diese Berechnung basiert auf der Annahme, dass die gesamte Menge an eingeatmetem Material auch in der Lunge abgeschieden wird. Beispiel Professionelle Anwendung: Expositionsszenario für das Streichen von Brettern und Zäunen unter Verwendung von Schutzhandschuhen Ähnlich wäre das Vorgehen auch bei Berechnung der dermalen Exposition für einen nichtprofessionellen Anwender, der Handschuhe verwendet. Für die dermale Exposition ergibt sich: (16,9mg/min + 0,3mg/min) x 480min/d = 8256mg/d ~ 8,256g/d Farbe auf der Haut 8,256g/d x 0,8 = 6,6048g/d Nanomaterial auf der Haut 6,6048g/d /60kg bw= 0,11008g/kg bw/d = 110,08mg/kg bw/d bezogen auf das Körpergewicht Ergebnis: Basierend auf den dargestellten Annahmen und Angaben ergibt sich eine (externe) dermale Exposition von 6,6g Nanomaterial pro Tag durch diese Anwendung. 6,6g Nanomaterial werden über die Farbe auf der Haut abgeschieden. Dies entspricht 110mg/kg bw/d bei einem Körpergewicht von 60kg. Für die inhalative Exposition ergibt sich: 4,15mg/m 3 x 8h/d x 1,25m 3 /h = 41,5mg/d inhalierte Farbe pro Tag 41,5mg/d x 0,8 = 33,2mg/d Nanomaterial in der Lunge 33,2mg/d / 60kg bw = 0,553mg/kg bw/d bezogen auf das Körpergewicht 79

80 Ergebnis: Basierend auf den dargestellten Annahmen und Angaben ergibt sich eine inhalative Exposition von 33,2mg/d Nanomaterial pro Tag durch diese Anwendung. Dies entspricht 0,552mg/kg bw/d bei einem Körpergewicht von 60kg. Diese Berechnung basiert auf der Annahme, dass die gesamte Menge an eingeatmetem Material auch in der Lunge abgeschieden wird. Fazit: Diese Beispiele sind noch vergleichsweise einfach und einige mögliche Einflussparameter, die zu einer geringeren Exposition führen würden, wurden noch nicht in den Berechnungen berücksichtigt (z.b. wird bei der Abscheidung auf dem Körper nicht der Schutzeffekt von Kleidung wie Hose, T-Shirt, langärmelige Kleidungsstücke, Overalls, etc. berücksichtigt). Falls mit dem oben abgeleiteten Expositionswert bereits gezeigt werden kann, dass kein Risiko besteht, ist diese einfache, konservative Abschätzung (und Überschätzung) ausreichend. Andererseits wurden aber andere zu erwartende Arbeitsschritte wie z.b. das Umfüllen von Farbe oder die Reinigung der Arbeitsgeräte noch nicht in den Berechnungen berücksichtigt. Diese fehlen noch für eine umfassende Bewertung. Andererseits ist es auch möglich, dass Personen, die nicht die Farbe verwenden, exponiert werden z.b. durch das Berühren von frisch gestrichenen Flächen. Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass sowohl Erwachsene als auch Kinder und Kleinkinder (Hand-zu- Mund Kontakt?) prinzipiell in Frage kommen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der Verwender nach Anwendung der Farbe weiterhin exponiert wird - z.b. durch Berühren von frischgestrichenen Flächen. Ebenso müssen Tätigkeiten berücksichtigt/bewertet werden, die nach Durchführung der Anwendung zu einer möglichen Exposition führen können (z.b. Freisetzung von Nanomaterialien durch Schmirgel- und Schleifarbeiten an alten gestrichenen Flächen, siehe weiterführende Literatur am Ende des Kapitels. Berufliche Anwendungen Folgende Beispiele beziehen sich auf typische industrielle, gewerbliche Anwendungen von Beschichtungsstoffen (z.b. Fabrikarbeiter, Mechaniker, etc.). Niederdruck-Spritzverfahren- Luftzerstäubend Das sogenannte HVLP-Verfahren (high volume low pressure = hohes Luftvolumen niedriger Luftdruck) arbeitet mit einem Eingangsdruck der vom Kompressor erzeugten Druckluft von 6 bar, der in der Pistole auf 80

81 einen Zerstäubungsdruck von 0,7bar reduziert wird. Dadurch wird der Overspray (der Lackanteil, der am Werkstück vorbeifliegt) reduziert, um ressourcenschonend zu arbeiten. Hochdruckverfahren-Spritzverfahren-luftzerstäubend Im Gegensatz zum HVLP-Verfahren arbeitet man hier mit einem Zerstäubungsdruck zwischen 2 und 8bar. Mit diesem sehr gängigen Spritzverfahren erreicht man qualitativ hochwertige Oberflächen. Der ungünstige Auftragswirkungsgrad bzw. der hohe Overspray-Anteil sind heute aus Umweltschutzgründen nicht mehr akzeptabel. Höchstdruck-Spritzverfahren- Airless Die Materialzerstäubung erfolgt ohne Luftzusatz im Bereich von bar. Der Antrieb der Materialpumpen erfolgt elektrisch oder pneumatisch. Das Airless-Spritzverfahren bringt im Vergleich zum Lackieren mit Becherpistole (=konventionelles Spritzen) deutliche Vorteile bzw. Einsparmöglichkeiten. Arbeitszeit ca. 50% Druckluft ca % Overspray ca. 25% Lösemittelverbrauch ca. 20% Höchstdruckspritzverfahren- luftunterstützt (z.b. Airmix, Aircoat, Airplus) Die Materialzerstäubung erfolgt hier im Bereich von bar, wobei dieser (Airless-)Spritzstrahl von einem Luftmantel beaufschlagt bzw. begrenzt wird. Der Druck für diese Luftunterstützung auch Zerstäuberluft genannt, liegt bei 0,5-2bar. Der Bohrungsdurchmesser der Düsen beträgt, wie beim Airless-Spritzverfahren, 0,18-0,53mm. 81

82 Mit dem luftunterstützten Airless-Spritzverfahren ist eine weitere Reduktion der Spritznebelbildung bei sehr guter Oberflächenqualität und hoher Arbeitsgeschwindigkeit erzielbar. Heißspritzen Dieses Verfahren nützt den Effekt, dass die Viskosität eines Lackes mit steigender Temperatur sinkt. Bei für das Heißspritzen zur Anwendung kommenden Lacken genügt deshalb eine geringe Menge Lösemittel. Bevor der Lack die Austrittsdüse der Heißspritzpistole erreicht, passiert er einen Wärmetauscher. Zwei-Komponenten-Spritzen 2-Komponenten-Lackmaterialien bestehen aus Stammlack und Härter. Zum Spritzen werden Spezialpistolen verwendet, die mit Druckluft- bzw. Airless-Zerstäubung mit und ohne elektrostatische Aufladung des Lackes arbeiten. Die Vermischung der beiden Lackkomponenten erfolgt extern oder intern. Die zu jeder Zeit richtige Dosierung der Komponenten ist für die Qualität ganz besonders wichtig. Der letzte Stand der Technik: computergesteuerte Dosier- und Regelsysteme. Elektrostatisches Spritzen mit flüssigem Lack Das Verfahren der elektrostatischen Beschichtung beruht auf dem Zerstäuben des Lackes mittels Druckluft durch eine elektrostatische Sprüheinrichtung. Der Lack wird beim Durchfluss durch die Sprühorgane elektrostatisch aufgeladen und kommt so auf das geerdete Werkstück. Ist eine bestimmte Lackschichtdicke erreicht, wirkt diese als Isolierung und verhindert ein weiteres Ablagern des Lackes. In elektrostatischen Serienlackieranlagen werden die Werkstücke (an einer Transportkette hängend) an den Sprühorganen vorbeigeführt. Die Sprühorgane befinden sich in der Regel in einer Kabine, an die eine Zu- und Abluftanlage angeschaltet ist. Zu- und Abluft gewährleisten eine staubfreie Lackierung. Das elektrostatische Lackieren zählt zu den modernsten Verfahren in der 82

83 Serienfertigung. Durch gute Wirkungsgrade können Rohstoffe gespart werden. Tauchverfahren Bei der Tauchlackierung werden die Werkstücke in ein mit Lack gefülltes Becken getaucht. Beim Herausziehen tropft der überschüssige Lack ab. Tauchlackierungen werden zum Grundieren von Massengütern und teilweise auch für Einschichtlackierungen eingesetzt. Ihr Einsatzgebiet ist durch Form und Größe des Werkstückes begrenzt. Elektrotauchlackieren Elektrotauchlackierung ist ein spezielles, weitgehend automatisches Lackierverfahren unter Verwendung von Elektrizität. Die Hauptanwendungsgebiete liegen vor allem in der Automobilindustrie, doch wird dieses ETL -Verfahren auch zunehmend für die Beschichtung anderer Industrieprodukte verwendet. Die Lackierung erfolgt durch Elektrokoagulation des Tauchlackes am Werkstück unter Einwirkung von Gleichstrom. Die Bindemittel für Elektrotauchlacke sind mit organischen Basen oder Ammoniak neutralisiert, um die für das Verfahren erforderliche Wasserlöslichkeit zu erhalten. Seit 1978 setzt sich eine besondere Form dieser Anwendung, die Kataphorese, in der Automobilindustrie durch. Gießverfahren Bei diesem Verfahren werden flache Teile auf einem ebenen Förderband unter einem Lackvorhang durchgeführt. Der Vorgang entsteht durch das Ausfließen des Lackes aus einem schmalen Spalt. Überschüssiger Lack fließt in ein Vorratsbecken zurück, daher gibt es kaum Materialverluste. Hauptsächlich werden flache Holzteile, Blechtafeln und Skier nach dem Gießverfahren lackiert. 83