DENANA –Designkriterien fürNachhaltigeNanomaterialien
Ziel von DENANA war, unter anderem, die Ableitung von Designkriterien und die Prüfung der Nutzbarkeit der in DENANA generierten Daten für die Gefährdungs- und Risikoabschätzung von Nanomaterialen. Die Nanomaterialien Siliziumdioxid, (SiO2), Cerdioxid (CeO2) und Silber (Ag) wurden aufgrund ihrer Marktrelevanz durch ihren Einsatz in Schmierstoffen, Abgaskatalysatoren, Medizinprodukten oder Poliermitteln und einer potentiellen Umweltexposition ausgewählt. Zur Differenzierung des Potentials der Nanomaterialeigenschaften, entscheidend Einfluss auf ein bestimmtes Umweltverhalten oder eine Umweltwirkung zu nehmen und somit als mögliche Designkriterien zu fungieren, wurden verschiedene Variationen dieser Nanomaterialien hergestellt und in unterschiedlichsten Verhaltens- und Effektuntersuchungen berücksichtigt.
In DENANA wurden Europium- und Palladium-dotierte CeO2-NM und funktionalisierte SiO2-NM hergestellt und umfassend hinsichtlich ihres toxischen Potentials in Wasser und Boden untersucht. Die Entwicklungsarbeiten an den SiO2-NM dienten dabei ihrem Einsatz zur Optimierung von Schmierstoffen. Neben der ökotoxikologischen Wirkung von Nanomaterialen wurden Fragen zum Verhalten der Nanomaterialen in Böden und Sedimenten, insbesondere Mobilität und Transport, betrachtet.
Aussagen zur Relevanz der geprüften Unterschiede in den physikalisch-chemischen Eigenschaften der untersuchten Nanomaterialen im Hinblick auf die ökotoxikologische Wirkung konnten in DENANA nur eingeschränkt getroffen werden, da deutliche Effekte bzw. deutliche Unterschiede von Effekten und Verhalten zwischen den verschiedenen Nanomaterialen in den Untersuchungen ausblieben. Dies erschwerte konkrete Aussagen zu einzelnen physikalisch-chemischen Eigenschaften und ihrer Relevanz als Designkriterien für eine umweltverträgliche nanotechnologische Anwendung.
Auf Grundlage der in DENANA generierten Daten sind aber qualitative Aussagen zu der Eignung der verschiedenen physikalisch-chemischen Eigenschaften als relevante Designkriterien für Anwendungen mit den drei untersuchten Nanomaterialen möglich. Es wurden folgende Parameter als unmittelbar relevant identifiziert: Kern-Material, Ionentoxizität, Löslichkeit und Zetapotential. Zur Eignung von Primärpartikelgröße und ROS-Bildungspotenzial als Designkriterien für Nanomaterialen können auf Grundlage der DENANA-Daten keine Aussagen getroffen werden. Zusätzlich sollte das Agglomerationsverhalten unter Umweltbedingungen für Anwendungsszenarien berücksichtigt werden.
Aus dem ökotoxikologischen Verhalten resultieren weitere Eigenschaften, die als kritisch für ein umweltrelevant unbedenkliches Design betrachtet werden müssen: Bei den Ag-NM ergab sich über drei Jahre unter Freilandbedingungen eine kontinuierlich negative Wirkung auf die untersuchten Bodenmikroorganismen (Ammonium-oxidierende Mikroorganismen mit Substrat induzierter Atmung). Auch eine Sulfidierung der Ag-NM führte zu keiner Detoxifizierung. Bei weiteren Klärschlammaufbringungen muss somit von einer Akkumulation des jeweiligen Stoffs und im Fall von Silber einer deutlichen Steigerung der Toxizität auf die Bodenmikroorganismen ausgegangen werden. Diese Beeinträchtigung lässt sich auch vorab in Kurzzeit-Labortests zeigen, die somit als Frühwarnindikatoren für toxische, lösliche Nanomaterialen wie Ag-NM dienen können.
Aquatische Testsysteme zeigten die entscheidende Bedeutung chronischer Testsysteme (Algenwachstum; Daphnien Reproduktion) in der Untersuchung der Nanomaterialen. Ein wichtiges Ergebnis ist, dass die bei chronischen Tests beobachtete Aquatoxizität durch Agglomeration der untersuchten Nanomaterialen hervorgerufen wird, welche mechanische/physikalische Effekte wie Trübung oder Anlagerung an die Testspezies, aber auch Mangelernährung, auslöst. Eine Aufnahme der Nanomaterialen in Pflanzenwurzeln wurde für Ag-NM und CeO2-NM nachgewiesen.
Arbeiten zum Verhalten der Nanomaterialen im Boden zeigten, dass unterschiedliche Stabilisierungsmechanismen der Ag-NM und Bodeneigenschaften zu unterschiedlicher Mobilität in Umweltmedien führen. Weiter zeigten die Ergebnisse, dass Formulierungen und Dispersionshilfen die Toxizität der Nanomaterialen beeinflussen bzw. bei nicht-toxischen SiO2-NM sogar erst hervorrufen können.
