Wie sich Nanomaterialien in der Umwelt verändern
Forschungsergebnisse zeigen, dass Nanomaterialien nach ihrer Freisetzung in die Umwelt sofortige und komplexe Umwandlungen durchlaufen. Dabei kann es sich um biologische, physikalische oder chemische Umwandlungen handeln, die durch die spezifischen Eigenschaften der Materialien und die Umweltbedingungen beeinflusst werden.
Nanomaterialien können in jeder Phase ihres Lebenszyklus in die Umwelt gelangen, während der Herstellung des Rohstoffs, sofern ein Produkt aus Nanomaterialien verwendet wird oder wenn dieses Produkt recycelt oder zu Abfall verarbeitet wird. Dies kann direkt geschehen, zum Beispiel beim Schwimmen bei Verwendung von Sonnenschutzmitteln, die ein Nanomaterial enthalten, oder indirekt durch technische Systeme wie ein Klärwerk.
Um zu verstehen, wie sich verschiedene Nanomaterialien unter unterschiedlichen Umweltbedingungen verhalten, ist es wichtig, ihre chemischen, physikalischen und biologischen Umwandlungen zu berücksichtigen.
Umwandlungsprozesse sind komplex und erfolgen gleichzeitig
Wie sich Nanopartikel in der Umwelt verändern, hängt von ihrer einzigartigen Zusammensetzung ab, die durch ihre Größe, Kernzusammensetzung und Oberflächenbehandlung, die als Beschichtung oder Abdeckung bezeichnet werden, bestimmt wird. Diese Parameter bestimmen sehr stark ihre Stabilität, Auflösung oder Agglomeration, was zu veränderten Materialien mit unterschiedlichem Verhalten führt.
Erschwert wird dies durch den Einfluss von Umweltbedingungen, wie die Temperatur, das Vorhandensein verschiedener Salze oder anderer organischer und anorganischer Partikel, auf die Umwandlung von Nanopartikeln.
Und schließlich wirkt sich die Wechselwirkung mit Organismen auf die spezifischen Umwandlungsreaktionen aus. Diese Interaktion funktioniert in beide Richtungen – Partikel und Organismen beeinflussen sich gegenseitig wie zum Beispiel bei Entgiftungsreaktionen, welche die Hauptmerkmale von Partikeln verändern.
Diese physikalischen, chemischen und biologischen Umwandlungsprozesse erfolgen unmittelbar und sehr häufig gleichzeitig nach der Freisetzung und beeinflussen Transport, Mobilität, Aufnahmepotenzial von Organismen und Wechselwirkungen mit Organismen. Das Zusammenspiel zwischen diesen Prozessen und dem Transport von Nanopartikeln bestimmt das Schicksal und letztlich das ökotoxikologische Potenzial von Nanopartikeln.
Wie verhält es sich mit dem biologischen Abbau organischer Nanomaterialien und Oberflächenbeschichtungen?
Bei der biologischen Abbaubarkeit handelt es sich um einen natürlichen Prozess in der Umwelt, bei dem Mikroorganismen organisches Material zersetzen, um wesentliche Elemente biologisch in den Kreislauf zurückzuführen.
Dieser Grundsatz des biologischen Abbaus gilt auch für organische Chemikalien. Je höher die biologische Abbaurate einer Chemikalie ist, desto besser, da die Verbindung dann schneller aus der Umwelt verschwindet und weniger Schaden verursachen kann. Es ist daher erforderlich, die potenzielle Persistenz bei der Bewertung chemischer Gefahren anhand langjähriger Standardtests (zum Beispiel Testleitlinien der OECD) zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit einer Chemikalie zu untersuchen.
Wie bei „konventionellen“ Chemikalien ist es daher eine zentrale Frage, ob und wie organische Nanomaterialien oder Beschichtungen biologisch abgebaut werden, wenn sie in die Umwelt freigesetzt werden. Angesichts der einzigartigen Eigenschaften von Nanomaterialien prüfen Forscher die Eignung etablierter Standardtests, um ihr Potenzial für den biologischen Abbau zu analysieren.
Erste Hinweise zeigen zwar, dass die bestehenden Prüfmethoden im Prinzip funktionieren, doch technologische Verbesserungen, die den nanospezifischen Anforderungen Rechnung tragen, müssen verstärkt werden, anstatt bestehende Tests zu ändern oder neue Methoden zu entwickeln.