Nanotechnologie: Möglichen Risiken auf der Spur

27.08.2013 - Die Nanotechnologie ist zukunftsträchtig, birgt aber auch unbekannte Risiken. Mit dem bis 2015 verlängerten Aktionsplan Synthetische Nanomaterialien will der Bundesrat deshalb weitere Grundlagen für die Risikobeurteilung erarbeiten. Deren Erkenntnisse bilden die Basis für künftige Sicherheitsvorschriften.

Das «Schmetterling» genannte Hochleistungsgerät kombiniert ein Rasterelektronen- mit einem Rastertunnelmikroskop.
Das Arbeiten mit Nanomaterialien erfordert spezifische Instrumente. Das «Schmetterling» genannte Hochleistungsgerät kombiniert ein Rasterelektronen- mit einem Rastertunnelmikroskop. Damit ist eine Auflösung bis zu einem Hundertstel Nanometer möglich.
© Ruhr-Universität, Bochum

Text: Urs Fitze

«Nano» stammt aus dem Griechischen und bedeutet «Zwerg». Für Nanoteilchen ist dieser Begriff jedoch masslos übertrieben, denn sie messen nur zwischen einem und einigen hundert Milliardstel eines Meters. Gäbe es nicht die vor drei Jahrzehnten entwickelten Rasterelektronen- und Rastertunnelmikroskope, hätte kein Mensch die Partikel je zu Gesicht bekommen. Ihre Eigenschaften bringen Technikbegeisterte ins Schwärmen: Nanoteilchen absorbieren UV-Licht, lassen Wasser abperlen oder ermöglichen es den Fliegen, an der Decke zu gehen. Doch trotz der sagenhaften Materialeigenschaften kann von einer neuen industriellen Revolution noch keine Rede sein. Dazu scheinen die technischen und wirtschaftlichen Hürden - namentlich der Preis - immer noch zu hoch. Allerdings gibt es rentable Anwendungen. Dazu zählen extrem stabile Kompositmaterialien, selbstreinigende Beschichtungen, Kosmetikartikel oder Verpackungen zur Verlängerung der Haltbarkeit von Lebensmitteln. In immer mehr Sonnencremes sind winzige Titandioxidteilchen enthalten und ersetzen die wegen ihrer hormonaktiven Eigenschaften umstrittenen organischen UV-Filtersubstanzen.

Noch bestehen Unsicherheiten

Doch ist Titandioxid unschädlich? Oder wie ist es um Silber als Nanomaterial bestellt, das etwa Sockengewebe beigemischt wird, um unliebsamen Schweissgeruch zu verhindern? «Das kann heute niemand mit letzter Genauigkeit beantworten», sagt der Chemiker Ernst Furrer von der Sektion Industriechemikalien beim BAFU. «Jede technische Neuerung birgt Versprechen und Unsicherheiten. Mögliche Risiken sind immer mengenabhängig, und Langzeitwirkungen sind schwer zu erforschen - dies ist eine grosse Herausforderung bei neuartigen Chemikalien.»

Bei Titandioxid, Nanosilber, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und weiteren Nanomaterialien liegt diese Unsicherheit in der extremen Kleinheit der Teilchen begründet. So bestehen Befürchtungen, ihre Winzigkeit erlaube es ihnen, auch die zellulären Barrieren im Körperinnern zu überschreiten und über die Atemwege oder die Blutbahn eine schädliche Wirkung zu entfalten. Wenn Nanomaterialien in gebundener Form Verwendung finden - beispielsweise als Emulsion oder in Festkörpern -, gilt eine Freisetzung und damit das Einatmen allerdings als unwahrscheinlich. Doch andernfalls drohten Gefahren, die vergleichbar seien mit denen von Ultrafeinstaub, der zum Beispiel von Holzfeuerungen oder Dieselmotoren ohne Partikelfilter freigesetzt wird, erklärt Ernst Furrer. Bestimmte Sorten von Kohlenstoff-Nanoröhrchen könnten sich ähnlich wie Asbestfasern verhalten, sofern sie in die Atemwege gelangen.

Erforschung der Umweltauswirkungen

Noch weit weniger gesichert ist das Wissen um die Auswirkungen auf die Umwelt. Was geschieht, wenn reaktive Titandioxidpartikel oder die in Textilien verbreiteten Nanosilberteilchen in grösseren Mengen im Abwasser landen? Während der Mensch kaum etwas zu befürchten hat, kann das Silber für Bakterien schon in geringsten Mengen tödlich sein. Das könnte sich verheerend auf die Mikroorganismen in Kläranlagen auswirken, welche die im Abwasser enthaltenen Rückstände abbauen. Untersuchungen des Wasserforschungsinstituts Eawag haben jedoch gezeigt, dass solche Befürchtungen wohl unbegründet sind. Das Silber beeinflusst die Bakterien in einer Kläranlage nicht, denn es wird in fast unlösliches Silbersulfid umgewandelt. Davon werden rund 95 % abgeschieden und aus dem Wasser entfernt. Die Restmenge an Silbersulfid ist zu gering, um Wasserorganismen gefährden zu können. Die Eawag-Studie ist weltweit eine der wenigen, die sich mit dem Problem beschäftigt hat. Doch stets bleibt ein Rest Unsicherheit.

Prüfverfahren werden angepasst

«Der Forschungsbedarf ist nach wie vor gross», stellt Ernst Furrer fest. Denn Nanomaterialien lassen sich nicht pauschal betrachten. «Jeder Stoff zeigt seine typischen, nur für ihn geltenden Eigenschaften. Wirken Nanomaterialien kombiniert mit den sonstigen Stoffen in der Umwelt, so können sich die Charakteristiken ändern. Das macht Untersuchungen über ihre Toxizität sehr schwierig.» Wie soll der Gesetzgeber vor diesem Hintergrund bestimmen, welche Stoffe als problematisch gelten und entsprechend behandelt werden müssen - oder gar zu verbieten sind? Diesen Fragen müssen sich die Behörden weltweit stellen. Sie wenden dazu in der Regel standardisierte Prüfverfahren an, die vergleichbare Aussagen zur Giftigkeit und zum Umweltverhalten von Chemikalien erlauben. Für Nanomaterialien müssen die Verfahren aber erst noch angepasst und standardisiert werden. Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) erarbeitet unter Mithilfe von Fachleuten aus der Schweiz entsprechende Standards. Sie sollen sowohl betroffenen Unternehmen als auch den Behörden ihre Aufgaben wesentlich erleichtern. Angesichts der grossen technischen und finanziellen Hürden dürfte die Entwicklungsarbeit aber noch einige Zeit dauern.

Das Vorsorgeprinzip dient als Richtschnur

Wie reagiert der Gesetzgeber auf diese Situation? Zurzeit gibt es nirgends auf der Welt ein Gesetz zu Nanomaterialien. Ein solches wäre auch kaum angezeigt. Zielführender und zeitsparender ist es, bestehende Erlasse des Chemikalien-, Lebensmittel- oder Arzneimittelrechts schrittweise mit nanospezifischen Anforderungen zu ergänzen. Dieser Prozess hat auf nationaler und internationaler Ebene eingesetzt. Im Inland stellte der Bundesrat die Weichen dazu schon vor bald 5 Jahren und verabschiedete den Aktionsplan Synthetische Nanomaterialien. Gestützt auf das Vorsorgeprinzip sollen damit die wissenschaftlichen und methodischen Voraussetzungen geschaffen, schädliche Auswirkungen erkannt und der Bedarf an rechtlicher Anpassungen geklärt werden. Parallel dazu geht es darum, die Eigenverantwortung der Industrie zu stärken - unter anderem mit einem Vorsorgeraster sowie mit Wegleitungen und Vollzugshilfen. Im Fokus stehen zudem der öffentliche Dialog und die Erarbeitung gemeinsamer Projekte mit der Wirtschaft.

Die Sicherheit gewährleisten

Gemäss dem vom Bundesrat im April 2012 veröffentlichten Zwischenbericht sind diese Ziele weitgehend erreicht worden. Forschungs- und Handlungsbedarf besteht indes weiterhin, weshalb man den Aktionsplan bis 2015 verlängert hat. Ein Ziel ist die Fortführung der Mitarbeit in den internationalen Programmen, welche für die Entwicklung einer nanospezifischen Risikobeurteilung und für die Formulierung entsprechender rechtlicher Bestimmungen ausschlaggebend sind. Ausserdem werden die Vollzugshilfen für die Wirtschaft an den Stand des Wissens angepasst. Und im Übrigen sollen Rechtsanpassungen die Informationen über Nanomaterialien in Stoffen und Zubereitungen verbessern.

Im Chemikalienrecht geht es dabei in einer ersten Phase um Pflichten, die darauf abzielen, den Informationsstand der Behörden über Nanomaterialien zu verbessern. Die Anfang Dezember 2012 in Kraft getretene revidierte Chemikalien-Verordnung führt spezifische Melde- und Prüfpflichten für Nanomaterialien ein. In Anlehnung an die Europäische Union erfolgt auf Verordnungsebene erstmals auch eine Definition von Nanomaterialien, die deren Grössenbereich auf maximal 100 Nanometer beschränkt. Das sei für die praktische Umsetzung nicht ganz unproblematisch, sagt Ernst Furrer vom BAFU. Auch grössere Nanopartikel können biologische Wirkungen verursachen. Zudem gibt es noch messtechnische Probleme bei der Grössenbestimmung von Nanopartikeln. Die Regulierung hat zum Ziel, die Sicherheit bei der Herstellung, Verwendung und Entsorgung von Nanomaterialien zu gewährleisten, ohne dass ihre weitere Entwicklung erschwert wird.

Die in der EU ab 2013 geltende Kennzeichnungspflicht im Bereich des Lebensmittel- und Kosmetikrechts wird voraussichtlich auch in der Schweiz übernommen. Damit erhält die Kundschaft zumindest die Wahlfreiheit. Die Industrie wird vorderhand damit leben müssen, Nanomaterialien auf einer vergleichsweise unspezifischen rechtlichen Grundlage anzuwenden. Die Haftung gilt jedenfalls uneingeschränkt - und damit geht auch eine hohe Eigenverantwortung einher. Die von verschiedenen Bundesstellen gemeinsam erarbeiteten Vollzugshilfen tragen entscheidend dazu bei, dass die Unternehmen diese auch wahrnehmen können.

Das Arbeiten mit Nanomaterialien erfordert spezifische Instrumente. Das «Schmetterling» genannte Hochleistungsgerät kombiniert ein Rasterelektronen- mit einem Rastertunnelmikroskop. Damit ist eine Auflösung bis zu einem Hundertstel Nanometer möglich. Bild: Ruhr-Universität, Bochum


Kein dringender Handlungsbedarf

bjo. Die akuten störfallbezogenen Risiken von synthetischen Nanomaterialien bei einer einmaligen Exposition unterscheiden sich nicht von denjenigen herkömmlicher Substanzen. Somit decken die geltenden Regelungen in der schweizerischen Störfallverordnung (StFV) auch diesen Bereich ausreichend ab. Zu diesem vorläufigen Fazit kommt eine BAFU-Studie, die anhand von Literaturrecherchen und Firmenbesuchen erste Erkenntnisse zur Human- und Ökotoxizität von Nanomaterialien aus Sicht der Störfallvorsorge zusammengetragen hat.

Die chemische Reaktivität ist deutlich weniger kritisch als bei anderen Chemikalien wie zum Beispiel bei hochaktiven Stoffen. Im Fall von pulverförmigen Nanomaterialien besteht ein höheres Freisetzungsrisiko als bei Nanosuspensionen, doch lässt es sich durch bewährte Sicherheitsmassnahmen - wie beim Umgang mit herkömmlichen Stäuben - minimieren. Diese Einschätzungen gelten freilich nur in Bezug auf Störfälle, nicht aber für den Schutz am Arbeitsplatz oder für die Konsumentenexposition durch die in Produkten enthaltenen synthetischen Nanomaterialien sowie die dadurch allenfalls auftretenden chronischen Effekte. Aufgrund der laufend aktualisierten Erkenntnisse aus Forschung und Industrie ist regelmässig zu prüfen, ob die Aussagen der Studie noch dem neusten Stand des Wissens entsprechen.

Weiterführende Informationen

Kontakt
Letzte Änderung 27.08.2013

Zum Seitenanfang

https://www.bafu.admin.ch/content/bafu/de/home/themen/chemikalien/dossiers/nanotechnologie-moeglichen-risiken.html