Projekt "Untersuchungen zum Vorkommen synthetischer Nanopartikel in Wasser und Luft"

Projektbeschreibung und Zielsetzung

Das Projekt soll Daten zum Vorkommen von metallischen Nanopartikeln (NP) in Wasser und Luft liefern. Die Grundbelastung der Umwelt durch NP soll durch Analysen industriell unbeeinflusster Gewässer bzw. emittentenferner Luftproben ermittelt werden. Um Hinweise auf Einträge anthropogener NP zu erhalten, werden Wasser- und Luftproben aus dem Einwirkungsbereich potenzieller Emittenten genommen. Durch Vergleich von Grundbelastung und emittentennahen Messungen wird versucht, den Anteil synthetischer NP an der NP-Gesamtbelastung abzuschätzen. Um potenzielle NP-Emittenten zu identifizieren, werden Informationen über nanotechnologische Unternehmen in Bayern ausgewertet. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für ein Monitoring-Programm im aquatischen Bereich sowie für Luftuntersuchungen in der Umgebung potenzieller Emittenten.

Messtation

Einleitung von Industrieabwasser

Ergebnisse

Um das Vorkommen von Nanopartikeln in bayerischen Fließgewässern zu erfassen, wurden Messungen an 74 Messstellen durchgeführt. Die Analytik konzentrierte sich auf 8 Metalle, die für industrielle nanotechnologische Anwendungen von Bedeutung sind.

In Fließgewässern wurden die höchsten Werte (300 ng/l) für Nano-Eisen gemessen, die Gehalte von Nano-Zink und Nano-Aluminium waren etwa halb so hoch. Silber, Titan und Nickel lagen in wesentlich geringeren Konzentrationen (< 20 ng/l) vor.

Ähnliche Konzentrationen ergaben Längsschnittmessungen, die in der Donau zwischen Neu-Ulm und Passau an fünf Messstellen durchgeführt wurden. In diesem Flussabschnitt konnten keine signifikanten Konzentrationsänderungen festgestellt werden.

Für die Nanoformen von Silber, Zink, Kupfer, Titan und Cer liegen ökotoxikologische Werte vor, die für eine vorläufige Abschätzung des Umweltrisikos herangezogen wurden. Dabei ergaben sich keine Hinweise, dass die in Fließgewässern gemessenen Konzentrationen ein Umweltrisiko darstellen.

Auf der Grundlage von Datenbankinformationen wurden aus verschiedenen Industriezweigen Unternehmen ausgewählt, die ihre Abwässer direkt in ein Oberflächengewässer einleiten und somit als Emittenten synthetischer Nanopartikel in Betracht kommen. Abwässer von 27 Betrieben wurden untersucht.

In allen Industrieabwässern konnten Nanopartikel nachgewiesen werden. Weit verbreitet waren die Nanoformen von Silber, Zink, Kupfer, Aluminium und Eisen. Nano-Titan, Nano-Nickel und Nano-Cer waren dagegen nur in wenigen Abwässern zu finden. Je nach Herkunft wiesen die Abwässer charakteristische Unterschiede im Nanopartikelspektrum auf. Bezogen auf maximale Frachten und das Spektrum der emittierten Nanopartikel sind vor allem chemische Betriebe sowie Maschinenbau- und Metallverarbeitung bedeutsam.

Aus kommunalen Kläranlagen wurden erheblich weniger NP emittiert als aus Industriebetrieben, der Unterschied betrug mindestens den Faktor 10. Es dominierten Nano-Eisen und Nano-Aluminium, die niedrigsten Frachten wurden für Nano-Cer gemessen.

Für die Bestimmung luftgetragener metallischer Nanopartikel wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem die Nanopartikel mittels eines Gasprobenehmers in eine tensidhaltige Lösung überführt und anschließend mit Single Particle ICP-MS bestimmt werden. Das Verfahren wurde nach Validierung eingesetzt, um Luftproben von vier Messstellen des bayerischen Luftüberwachungsmessnetzes zu untersuchen. Die Messstellen repräsentierten den regionalen und städtischen Hintergrund (jeweils 1 Messstelle) sowie eine lokale hohe Verkehrsbelastung (2 Messstellen). An den Standorten mit Verkehrseinfluss wurden wesentlich höhere Konzentrationen an metallischen Nanopartikeln gefunden als an der Hintergrundmessstelle. Die Nanopartikel stammen vermutlich zu einem Großteil aus dem Abrieb von Bremsbelägen und Abgasen. Der Anteil der Metallnanopartikel am Feinstaub lag an der ländlichen Messstelle unter 5% und stieg an den verkehrsbelasteten Messstellen auf bis zu 32% an. An verkehrsbelasteten Standorten dominieren kleinere Partikel (< 60 nm), wohingegen an der Hintergrundmessstelle größere Partikel (> 60 nm) überwiegen.

Fazit

Das Vorhaben lieferte Daten zum Vorkommen von metallischen Nanopartikeln in bayerischen Oberflächengewässern und Industrieabwässern. Es lassen sich Rückschlüsse auf die Einträge von NP aus Kläranlagen und Industriebetrieben ziehen. Untersuchungen der Luft an unterschiedlich verkehrsbelasteten Standorten belegen die Rolle des Verkehrs bei der Entstehung von NP.