PROJEKT

Überblick

Dem grundsätzlichen Dilemma zwischen einem raschen Inverkehrbringen von innovativen Produkten mit Nanopartikeln (NP) und dem Vorsorgeprinzip hinsichtlich möglicher Risiken für Mensch und Umwelt begegnet das Vorhaben DENANA. Im Zentrum steht das Design nachhaltiger Nanomaterialien, das bewusst beide Ansätze parallel verfolgt. Unabdingbare Voraussetzung für eine nachhaltige Produktion von Nanomaterialien (NM) enthaltenden Produkten ist, dass diese dauerhaft keine unerwünschten Auswirkungen auf die Umwelt haben. Deswegen liegt der Fokus des Vorhabens auf dem Verhalten von NM unter realitätsnahen und vielfältigen Umweltbedingungen, wobei den langfristigen Auswirkungen der Materialien besonderes Augenmerk zukommt. Aufgrund ihrer hohen Umweltrelevanz wurden drei der am weitest verbreiteten und damit kommerziell bedeutsamen Arten von NP – SiO₂, CeO₂, Ag – ausgewählt. Die verwertungsgeleitete Seite wird am Beispiel einer exemplarischen Anwendung – Schmierstoffe auf der Basis von Siliziumdioxid-Nanopartikeln (SiO₂-NP) – betrachtet.

Das Vorhaben ist in zwei große, eng miteinander verzahnte Teilbereiche mit jeweils mehreren Arbeitspaketen (AP) untergliedert (Abb. 1). Im Kernbereich (DENANA-Core) wird das Gesamtvorhaben koordiniert. Außerdem werden Partikel hergestellt und in ihren Eigenschaften variiert sowie die exemplarische Anwendung weiterentwickelt und geprüft. Die Herstellung befasst sich primär mit Varianten und innovativen Modifikationen („coatings“, Dotierungen) von SiO₂-NP, für die u. a. aufgrund ihrer vermutlich geringen Toxizität und vielseitigen Anwendbarkeit ein erhebliches Marktpotenzial zu erwarten ist.

Der zweite, umfangreichere Bereich (DENANA-Fate & Impact) zielt darauf ab, Nanomaterialien in der realen Umwelt zu detektieren und ihren Lebensweg zu verfolgen und zu modellieren. Dieser Projektteil trägt substanziell zur Schließung einer internationalen Wissenslücke bei, da zur Umweltexposition von NP kaum Daten existieren. Das Umweltverhalten der Partikel wird auf unterschiedlichen Maßstabsebenen und mit einer Vielzahl von Methoden untersucht, von der detaillierten Partikelcharakterisierung über Modellierung des Expositionsweges bis hin zur Gefährdungsabschätzung. Betrachtet werden Gewässer, Böden, Sedimente und die Wirkung auf Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen. Wegweisend ist hier zudem der Ansatz, Frühwarnindikatoren für das Langzeit-Gefährdungspotenzial abzuleiten.

Ein erfahrenes Konsortium aus Forschung, Industrie und Bundesbehörden bearbeitet die vielfältigen Fragestellungen. Unterstützt werden sie von einer Reihe assoziierter Partner, die ihre Erfahrungen aus der Partikelherstellung, -verarbeitung, Gefährdungsabschätzung und Bodenkunde unentgeltlich mit einbringen. Am Ende des Vorhabens werden alle Ergebnisse gemeinschaftlich bewertet, um daraus Designkriterien für nachhaltige Nanomaterialien abzuleiten.

Industrielle und gesellschaftliche Relevanz des Themas

Nachhaltigkeit muss Leitziel jeder Technologieentwicklung sein. Gerade die Nanotechnologie zeigt, wie massiv sich Ängste und Sorgen der Verbraucher negativ auf die Entwicklung der Nanomaterialien auswirken. Der bilaterale Ansatz von DENANA (Abb.1) trägt den Notwendigkeiten von Partikelproduzenten, Anwendern und Verbrauchern Rechnung. Die Ableitung von Frühwarnindikatoren für das Langzeitgefährdungspotenzial trägt dazu bei, die Gefährdungsprüfung bei Neuzulassungen durch Langzeituntersuchungen nicht unnötig in die Länge zu ziehen. Die Daten zur Umweltexposition aus DENANA-Fate & Impact bilden eine dringend erforderliche Basis für regulatorische Maßnahmen. Alle Projektteile liefern wesentliche Erkenntnisse mit vielen innovativen Ansätzen, so dass nicht nur Hersteller und Gesetzgebung profitieren werden, sondern auch von einer hohen wissenschaftlichen Bedeutung ausgegangen werden kann.