Titandioxid-Nanopartikel werden für eine Verwendung als UV-Filter in Kosmetika oberflächenmodifiziert, um die photokatalytische Aktivität zu vermindern und eine bessere Dispergierbarkeit zu gewährleisten. Auch nanopartikuläres Zinkoxid und Siliziumdioxid finden oberflächenmodifiziert in Kosmetika Verwendung. Verschiedene Nanomaterialien sind für eine Verwendung in Lebensmittelkontaktmaterialien, etwa für Kunststoffverpackungen, zugelassen. Um die gleichmäßige Dispergierbarkeit und die gute Anbindung an die Polymermatrix zu ermöglichen, werden die Nanopartikel durch eine Oberflächenmodifikation funktionalisiert. Das toxische Potenzial eines Nanomaterials wird durch dessen Oberfläche entscheidend beeinflusst. Durch die Wahl einer geeigneten Substanz zur Oberflächenmodifikation kann das toxische Potenzial eines chemischen Stoffes reduziert werden. Doch oft widersprechen sich die Ergebnisse von Studien, ob Oberflächenmodifikationen die Toxizität eines Nanomaterials verringern oder sogar erhöhen können. Wenngleich Nanopartikel aus zwei oder mehreren Materialien zusammengesetzt sein können, finden in den derzeitigen Regelungen betreffend Kennzeichnungspflichten und Sicherheitsbewertungen von Nanomaterialien in der EU Substanzen, die zur Oberflächenmodifikation von Nanopartikeln eingesetzt werden, keine explizite Berücksichtigung.

Die Oberfläche eines Nanopartikels spielt eine entscheidende Rolle hinsichtlich des Verhaltens und der Eigenschaften eines Nanomaterials. Über die Oberflächenchemie der Nanopartikel können deren Stabilisierung, Dispergierung und Funktionalisierung bestimmt werden. Auch die Toxikologie und Biokompatibilität werden entscheidend von der Oberfläche beeinflusst. Mittels Oberflächenmodifikation lassen sich Nanopartikel je nach Anwendungsbereich und gewünschten Eigenschaften mehr oder weniger „maßschneidern“. Dabei unterscheidet man zwischen einer Oberflächenfunktionalisierung, bei der chemische Substanzen an die Oberfläche binden oder anhaften bzw. einer Modifikation durch Umhüllung eines Nanopartikels mit einer oder mehrerer anorganischer oder organischer Substanzen. Die dabei entstehenden sogenannten „Kern/Schale“­Nanopartikel gewinnen zunehmendes Interesse in den Bereichen Medizin, Diagnostik, Pharmazie, Optik, Katalyse und Elektronik. Hergestellt werden oberflächenmodifizierte Nanopartikel vor allem mittels sogenannter „Bottom­up“­Verfahren, welche die physikalisch­chemischen Grundsätze der molekularen bzw. atomaren Selbstorganisation nutzen. Dazu gehören etwa chemische Verfahren wie Pyrolyse und Hydrolyse, das Sol­Gel­Verfahren sowie die Gasphasensynthese oder die Gasphasenabscheidung.

The green nano design principles developed by the German NanoCommission constitute an attempt to establish consensus-based guidelines for environmentally friendly and sustainable production. This initiative fits into the objective of international research and development policy (e.g., Responsible Research and Innovation, RRI) and shall enable to incorporate desired societal aspects into technology developments as soon as possible. The present dossier is concerned with the question to what extent a concept along those lines can contribute to environmentally friendly developments in the area of nanotechnology. For this purpose, it introduces research projects which have implemented certain aspects of the green nano design principles. Moreover, on the basis of technological and scientific research and development, the question is raised whether or not, and if so, to what extent concepts such as green nano design principles can support the incorporation of environmental aspects into research.

Die green nano Designprinzipien der deutschen Nanokommission stellen einen Versuch dar, konsensbasierte Richtlinien für umweltfreundlichere und nachhaltigere Produktion zu etablieren. Dieses Vorhaben fügt sich in aktuelle Ansinnen der internationalen Forschungs- und Entwicklungspolitik (z. B. Responsible Research and Innovation, RRI) und soll helfen, gewünschte gesellschaftliche Aspekte möglichst früh in die Technologieentwicklung zu integrieren. Dieses Dossier setzt sich mit der Frage auseinander, inwiefern ein solches Konzept zu umweltfreundlichen Entwicklungen im Bereich der Nanotechnologien beitragen kann und stellt Forschungsprojekte vor, die Teile der green nano Designprinzipien umsetzen. Vor dem Hintergrund technologischer und naturwissenschaftlicher Forschung und Entwicklung stellt sich im Anschluss die Frage, ob und wenn ja, inwieweit Konzepte wie die green nano Designprinzipien eine Einbindung von Umweltaspekten in der Forschung unterstützen.

Engineered nanomaterials (ENMs) can potentially be released during all waste treatment processes and can accumulate in residual materials, scrap materials, secondary raw materials or composts. Nonetheless, only few studies are available on the fate and behavior of ENMs during recycling and disposal. In Austria more than half of the waste produced by households is collected separately and undergoes further treatment as recoverables, biogenic waste, hazardous household waste or as waste electrical and electronic equipment. The remainder is processed either in waste incineration facilities or in mechanical-biological waste treatment facilities. Initial studies in waste incineration facilities show that thermally stable ENMs (metal oxides) accumulate mostly in the solid residues (slag, flue dust). In Austria, these are largely disposed of in residual-waste landfills. ENMs can also be released again during the recycling of products (for example quantum dots from LEDs of waste electrical and electronic equipment or CNTs made of composite materials). During recycling, nanosilver apparently negatively affects the mechanical properties of plastics. ENMs can be disposed of directly as production wastes, as components of “nanoproducts” or as secondary wastes such as ENM-containing sewage sludge or combustion residues. Worldwide, an estimated 60 to 86 % of the most commonly used ENMs end up in landfills. Currently, no generalized statements can be made because ENMs are applied in very diverse sectors and their fates in the environment can differ considerably.

Künstlich hergestellte Nanomaterialien (ENM) können potenziell während aller Abfallbehandlungsprozesse freigesetzt werden sowie in Reststoffen, Altstoffen, Sekundärrohstoffen oder Komposten akkumulieren. Zum Verbleib und Verhalten von ENM während der Abfallverwertung und -entsorgung liegen jedoch erst wenige Untersuchungen vor. In Österreich werden mehr als die Hälfte des in Haushalten anfallenden Abfalls getrennt gesammelt und als Altstoff, biogene Abfälle sowie Problemstoffe und Elektroaltgeräte weiterbehandelt. Der Rest wird entweder in Müllverbrennungsanlagen (MVA) oder in mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA) behandelt. Erste Untersuchungen in MVAs zeigen, dass sich thermisch stabile ENM (Metalloxide) überwiegend in den festen Rückständen (Schlacke, Flugasche) anreichern. In Österreich werden diese überwiegend in Reststoffdeponien abgelagert. ENM können auch während des Recyclings von Produkten wieder freigesetzt werden (etwa Quantum Dots aus LEDs von Elektroaltgeräten oder CNTs aus Verbundmaterialien). Nanosilber scheint sich beim Recycling negativ auf die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen auszuwirken. ENM können direkt als Produktionsabfälle oder als Bestandteil von „Nano-Produkten“ bzw. als Sekundärabfälle, wie ENM-haltige Klärschlamme oder Verbrennungsrückst.nde, deponiert werden. Es wird geschätzt, dass weltweit zwischen 60 bis 86 % der am häufigsten eingesetzten ENM in Deponien landen. Da die Einsatzgebiete von ENM sehr mannigfaltig sind und deren Schicksal in der Umwelt im Einzelfall sehr unterschiedlich sein kann, können noch keine verallgemeinerten Aussagen getroffen werden.

Synthetically produced nanomaterials (Engineered Nanomaterials – ENMs) can potentially be released along the entire lifecycle of a product. The use of products with suspended ENMs, such as sunscreen lotions, almost certainly leads to an immediate environmental input. In contrast, ENMs that are solidly integrated in a product matrix can only be released by mechanical and/or chemical processes. ENMs can enter the environment either directly or indirectly (e.g. during the disposal phase), where both their properties and environmental conditions can determine their aggregation behavior. Weathering experiments with facade paints show that only a very small proportion of the contained titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs) are released. In paints with silver nanoparticles (Ag-NPs), however, up to 30% of the particles can leach out over time. In the case of textiles treated with Ag-NPs, up to 10% of the silver contents can be washed out and enter the wastewater. Tests show that Ag-NPs can be transported over long distances in sewers without deposition. These are partly transformed into water-insoluble silver sulfide. Up to 85% of the TiO2-NPs and up to 99% of the Ag-NPs are removed via sewage sludge during waste water treatment, whereby Ag-NPs and other silver forms are transformed into water-insoluble silver chloride and -sulfide. Once ENMs enter surface waters, a differentiation between natural and engineered nanoparticles becomes complicated. Studies on TiO2-NPs, which can enter swimming waters via sunscreen lotions, show that these aggregate quickly and can subsequently be measured in the sediment.

Synthetisch hergestellte Nanomaterialien (Engineered Nanomaterials – ENM) können potentiell entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produktes freigesetzt werden. Die Nutzung von Produkten mit suspendierten ENM, wie Sonnenschutzmittel, führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem unmittelbaren Umwelteintrag. Hingegen können fest in eine Produktmatrix integrierte ENM erst durch mechanische und/oder chemische Einwirkungen freigesetzt werden. ENM können entweder direkt oder indirekt (z. B. während der Entsorgungsphase) in die Umwelt gelangen, wo sowohl ihre Eigenschaften als auch die Umweltbedingungen ihr Aggregationsverhalten bestimmen. Witterungsexperimente mit Fassadenfarben zeigen, dass nur ein sehr geringer Anteil der enthaltenen Titandioxidnanopartikel (TiO2-NP) freigesetzt wird. Bei Farben mit Silbernanopartikeln (Ag-NP) können allerdings mit der Zeit bis zu 30 % der Partikel ausgewaschen werden. Auch aus mit Ag-NP behandelten Textilien werden bis zu 10 % des enthaltenen Silbers ausgewaschen und gelangen ins Abwasser. Bis zu 85 % der TiO2-NP und bis zu 99 % der Ag-NP werden bei der Abwasserreinigung über den Klärschlamm entfernt, wobei Ag-NP und andere Silberformen zu unlöslichem Silberchlorid und -sulfid umgewandelt werden. Gelangen ENM in Oberflächengewässer ist eine Unterscheidung zwischen natürlichen und künstlichen Nanopartikeln aufwändig. Untersuchungen mit TiO2-NP, die etwa aus Sonnenschutzmitteln in Badegewässer gelangen können, zeigen, dass diese rasch aggregieren und folglich im Sediment nachweisbar sind.

Considering the public perception of risks with regard to technology controversies has increasingly become important since the debates on genetically modified organisms (GMOs) in Europe. The perception of risks by the population is not comparable with assessments by experts as the concerns stem from a possible direct effect on citizens’ lives, thus subject to different dynamics. This dossier focusses on factors which influence the public perception of risks and elaborates on their relevance for regulatory policies. Moreover, it introduces several European studies on familiarity and risk perception of nanotechnology. The studies’ results are similar: While citizens know comparatively little about nanotechnology, the questioned subjects also perceived it as having a relatively low risk potential. There are several possible explanations: Alongside a general technology-friendly attitude, positive media reporting and the broad range of the technology – which makes it difficult to scandalize it as a whole -, a basic trust in institutions concerned with risks and an accurate, proactive regulatory policy could play an important role.

Die Berücksichtigung öffentlicher Risikowahrnehmung in Technologiekontroversen spielt spätestens seit der Diskussion um die Gentechnologie in Europa eine große Rolle. Die Risikowahrnehmung der Bevölkerung ist nicht mit Einschätzungen von ExpertInnen vergleichbar, weil sie aus einer möglichen unmittelbaren Betroffenheit der BürgerInnen resultiert und daher anderen Dynamiken folgt. Dieses Dossier erläutert einerseits Faktoren, welche die öffentliche Risikowahrnehmung beeinflussen und legt deren Relevanz für die Regulierungspolitik dar. Andererseits stellt es mehrere europäische Studien zur Bekanntheit und Risikowahrnehmung der Nanotechnologie vor. Die Ergebnisse der Studien ähneln sich: BürgerInnen wissen vergleichsweise wenig über Nanotechnologie, zugleich birgt diese aus Sicht der Befragten verhältnismäßig wenig Gefährdungspotential. Dafür gibt es mehrere Erklärungsmöglichkeiten: Neben einer generellen Technikfreundlichkeit, positiver Medienberichterstattung und der Breite der Technologie, die eine Skandalisierung schwierig macht, könnten auch ein grundsätzliches Vertrauen in mit Risiken betraute Institutionen und eine akkurate, pro-aktive Regulierungspolitik hier eine Rolle spielen.

Im Rahmen des Projekts NanoMia1 wurde die zwischen 2007 und 2010 erstellte NanoTrust-Datenbank zu „Nanoprodukten“ am österreichischen Markt im Zeitraum von März bis Juli 2014 aktualisiert und adaptiert. Dabei wurde überprüft, ob sich die seinerzeit eingetragenen Produkte noch am Markt befinden und wenn ja, ob diese noch mit „nano“ beworben werden. Zusätzlich wurden neu auf dem Markt erhältliche Produkte recherchiert. Den 494 Einträgen in der alten NanoTrust-Datenbank stehen nach der Aktualisierung 492 Einträge in der neuen NanoMia-Datenbank gegenüber. Der österreichische Markt für „Nanoprodukte“ hat sich hinsichtlich des Angebots und der Produktpalette insgesamt demnach kaum verändert. Eine stetige Zunahme an „Nanoprodukten“ konnte nicht festgestellt werden. Sofern von den Herstellern angegeben, wurde auch ein in Produkten eingesetztes Nanomaterial in die Datenbank aufgenommen. Eine wesentliche Verbesserung des Kenntnisstandes zu Nanomaterialien in Konsumprodukten brachte die gesetzliche Deklarationsverpflichtung bei kosmetischen Mitteln. So verzeichnet die aktualisierte Datenbank wesentlich mehr Einträge in der Kategorie „Kosmetika“ als die alte NanoTrust-Datenbank. Das am häufigsten bei Konsumprodukten genannte Nanomaterial ist Titandioxid (TiO2), das u. a. bei Kosmetika als UV-Filter eingesetzt wird. Eine Adaptierung der Datenbank wurde hinsichtlich des „Nano-Claims“ vorgenommen, d. h. die Produkte wurden in Klassen gemäß dem unterschiedlichen Informationsgehalt der Herstellerangaben eingeteilt. Die verlässlichsten Informationen zu eingesetzten Nanomaterialien liegen bei Produkten vor, für die bereits eine gesetzliche Kennzeichnungspflicht besteht.

ACHTUNG -- In der Erst-Version, online vom 8. bis 18. September 2014, wurde auf S. 3 Abs. 1 ein Zahlensturz festgestellt. Dies wurde mittlerweile korrigiert [Stand 02.10.2014].
Aufgrund ihrer speziellen chemischen und physikalischen Eigenschaften werden synthetisch hergestellte Nanomaterialien bereits in einer Vielzahl verschiedener Produkte und Anwendungen eingesetzt. Am Ende des Produktlebenszyklus können Nanomaterialien über die Abfallströme in Abfallbehandlungsanlagen und Deponien gelangen, aber es ist nur sehr wenig darüber bekannt, wie sich Nanomaterialien in der Entsorgungsphase verhalten und ob Umwelt- oder Gesundheitsrisiken bestehen. Spezielle gesetzliche Vorgaben für eine gesonderte Behandlung Nanomaterial-haltiger Abfälle bestehen nicht. Informationen über eingesetzte Nanomaterialien, deren Form und Zusammensetzung sowie über Mengen und Konzentrationen liegen kaum vor. Derzeit wird davon ausgegangen, dass stabile Nanopartikel (z. B. Metalloxide) in einer Müllverbrennungsanlage (MVA) weder chemisch noch physikalisch verändert werden und sich diese v. a. in den Rückst.nden (z. B. Schlacke) ansammeln, die schlussendlich deponiert werden. Das Entsorgungsproblem wird bei stabilen Nanopartikeln also auf nachfolgende Schritte in der Behandlung von Abfällen verlagert. Carbon Nanotubes (CNT) werden in MVA fast vollständig verbrannt. Filteranlagen erweisen sich nur teilweise als effizient und es kann nicht ausgeschlossen werden, dass Nanopartikel in die Umwelt freigesetzt werden. Die Verbrennung von Nanomaterialien in Produkten kann auch dazu führen, dass vermehrt organische Schadstoffe als unerwünschte Nebenprodukte entstehen. Zum Verhalten von Nanomaterialien in Deponien liegen nur wenige Untersuchungen vor. Beim Recycling von Produkten mit Nanomaterialien ist eine Freisetzung ebenfalls nicht ausgeschlossen bzw. durch Zerkleinerungsprozesse wahrscheinlich.

Based on their special chemical and physical properties, synthetically produced nanomaterials are currently being used in a wide range of products and applications. At the end of their product life cycle, nanomaterials can enter waste treat ment plants and landfills via diverse waste streams. Little, however, is known about how nanomaterials behave in the disposal phase and whether potential environmental or health risks arise. There are no specific legal requirements for a separate treatment of nanomaterial-containing wastes. Virtually no information is available about the nanomaterials currently in use, their form and composition, or about their amounts and concentrations. The current assumption is that stable nanoparticles (e.g. metal oxides) are neither chemically nor physically altered in waste incineration plants and that they accumulate especially in the residues (e.g. slag). These residues are ultimately dumped. The disposal problem in the case of stable nanoparticles is therefore merely shifted to the subsequent steps in the waste treatment process. Carbon nanotubes (CNT) are almost completely combusted in incineration plants. Filter systems seem to be only partially efficient, and a release of nanoparticles into the environment cannot be excluded. Incinerating nanomaterials contained in products can also promote the development of organic pollutants as undesired by-products. Only few studies are available on the behavior of nanomaterials in landfills. Moreover, recycling such products could release nanomaterials, most likely when these are shredded and crushed.