„Nano-Abfall“ – Nano-Produkte am Ende ihrer Lebensdauer

Müllverbrennungsanlage Spit...
Müllverbrennungsanlage Spittelau

Nanomaterialien werden aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften schon in einer ganzen Reihe von Konsumprodukten eingesetzt (siehe "Produkte"). Doch jedes Produkt gelangt irgendwann einmal an das Ende seiner Lebensdauer und landet im Müll. Darüber, wie sich Nanomaterialien in Müllverbrennungsanlagen, beim Recycling oder auf Deponien verhalten und ob Umwelt- oder Gesundheitsrisiken bestehen, ist noch sehr wenig bekannt. Es fehlen sogar grundlegende Kenntnisse über eingesetzte Nanomaterialien, deren Form und Zusammensetzung sowie über Mengen und Konzentrationen. Spezielle gesetzliche Bestimmungen, wie mit Nanomaterial-haltigem Abfall umgegangen werden muss, gibt es nicht.

Das Recycling hat in Österreich einen sehr hohen Stellenwert. Getrennt gesammelt und verwertet werden v.a. Papier, Metall, Kunststoffe und Glas. Der Restmüll wird entweder einer mechanisch-biologischen Behandlung unterzogen oder in Müllverbrennungsanlagen (MVA) verbrannt. Deponiert dürfen in Österreich nur die Schlacke aus den MVA und Bauschutt werden. In vielen anderen europäischen Ländern landen Siedlungsabfälle jedoch ohne Vorbehandlung zur Gänze oder zum Großteil auf Deponien.

Beim Recycling von Nanomaterial-haltigen Abfällen ist eine Freisetzung von Nanomaterialien bei verschiedenen Vorgängen denkbar, etwa in Form von Staub durch den Abrieb beim Transport, beim Zerkleinern oder bei Schüttvorgängen. Nanomaterialien können sich auch im Reinigungs- und Abwasser ansammeln, wenn zum Beispiel Nanobeschichtungen von Kunststoffflaschen abgelöst werden oder verdampfen, wenn bei einem Verfahren starke Hitze einwirkt.

Wie sich Nanomaterialien in Müllverbrennungsanlagen (MVA) verhalten, ist noch wenig erforscht. Die wenigen Untersuchungen, die derzeit vorliegen zeigen, dass Nanomaterialien

  • in der Feuerung zerstört oder umgewandelt werden bzw. diese unverändert verlassen;
  • in einer Größe von 100 nm oder größer in den Filteranlagen der Abgasreinigung effizient entfernt werden; die kleiner als 100 nm sind, nur teilweise von den Filtern zurückgehalten werden;
  • die Bildung oder Zerstörung von unerwünschten Nebenprodukten beschleunigen können;
  • sich in den festen Abfällen (Asche, Schlacke, Filterrückstände) einer MVA wiederfinden können.

Untersuchungen aus der Schweiz zeigen, dass der Großteil der im Abfall vorhandenen Nanopartikel (Nanosilber, TiO2, ZnO) in Form von Rostasche auf Deponien gelangt. Das Entsorgungsproblem wird bei stabilen synthetischen Nanopartikeln also auf nachfolgende Schritte in der Behandlung von Abfällen verlagert.

Nanomaterialien - ein Entsorgungsproblem?

Nanomaterialien können in diversen Konsumprodukten enthalten sein und müssen am Ende ihrer Nutzungsdauer entsorgt werden. Nanomaterial-haltige Abfälle ("Nanoabfälle") fallen nicht nur im Haushaltsbereich sondern bereits in Herstellungsprozessen an. Somit können Nanomaterialien in allen Abfallströmen (von Produktions- bis zu Siedlungsabfällen) enden.

Da für Nanoabfälle derzeit keine getrennte Sammlung existiert und sie nicht gesondert gekennzeichnet und behandelt werden, finden sich Nanoabfälle vermengt mit den "regulären" Abfallströmen.

Derzeit ist noch wenig über den endgültigen Verbleib und über das Verhalten von Nanomaterialien in der Entsorgungsphase bekannt. Während Abfallbehandlungsprozessen können Nanomaterialien wieder freigesetzt werden (z.B. während Zerkleinerungsprozessen beim Recycling oder während der Abfallverbrennung). So können laut einer umfassenden internationalen Literaturstudie (OECD-Bericht "Nanomaterials in Waste Streams") folgende Wissenslücken zusammengefasst werden:

  • die Informationen über Art und Menge von synthetischen Nanomaterialien in Abfallströmen sind derzeit lückenhaft;
  • auch wenn durch moderne Verfahren der Abfall- / Abwasserbehandlung erhebliche Anteile der darin enthaltenen Nanomaterialien zurückgehalten werden, kann derzeit nicht ausgeschlossen werden, dass sie wieder in die Umwelt gelangen können;
  • durch die Verwendung von Klärschlämmen zur Düngung von Agrarflächen können die darin enthaltenen Nanomaterialien von Nutzpflanzen und Bodenbakterien aufgenommen werden;
  • es kann derzeit nicht ausgeschlossen werden, dass die in Abwasser und Abfällen enthaltenen Nanomaterialien nachteilige Auswirkungen auf das Funktionieren von Abbau- und Umwandlungsprozessen während der Abwasserreinigung und Abfallbehandlung haben.

Im Sinne des ArbeitnehmerInnenschutzes gibt es nur wenige Informationen zur Exposition von Arbeitnehmerinnen durch Nanomaterialien, welche in Abfallbehandlungsanlagen wieder freigesetzt werden könnten (z.B. zur Ultrafeinstaubbelastung). So gibt es derzeit keine Messwerte zu Inhalationsbelastungen und keine Studien zu Hautkontaminationen in österreichischen Abfallbehandlungsanlagen.

Nanomaterialien zur Abwasserbehandlung

Sauberes Wasser ist eine der Grundvoraussetzungen allen Lebens, weshalb die Behandlung von verschmutztem Wasser vor dem Einleiten in Oberflächengewässer von großer Wichtigkeit ist. Nanomaterialien und nanotechnische Anwendungen können dazu beitragen die bestehenden Verfahren zur Wasser- und Abwasseraufbereitung zu optimieren. Das deutsche Umweltbundesamt hat in einer Veröffentlichung Methoden und Materialien zusammengefasst und auch die potenziellen Auswirkungen auf die Umwelt untersucht.

Viele Verfahren sind erst in Entwicklung, jedoch finden bereits heute katalytische und adsorptive Behandlungsmethoden mit Hilfe von nanoporösen Membranen in der Wasseraufbereitung und Elimination unerwünschter Geruchs- und Wasserinhaltsstoffe (wie Mikroverunreinigung, Schadstoffe) oder zur Reduktion von Krankheitserregern Anwendung. Nanoskalige Metalloxide wie Eisenoxide, Titandioxid und Aluminiumoxid sind kostengünstige und effiziente Adsorptionsmittel für Radionuklide und Schwermetalle wie Arsen, Blei, Quecksilber, Kupfer, Cadmium, Chrom und Nickel. Die Kapazität des Adsorptionsmittels hängt von seiner spezifischen Oberfläche ab. Nanostrukturierte Materialien haben eine größere spezifische Oberfläche und dadurch eine größere Adsorptionskapazität. Nanoskalige Eisenoxide werden etwa bei der Grundwassersanierung eingesetzt und Nano-Titandioxid findet aufgrund seiner photokatalytischen Aktivität bei der Wasserdesinfektion Verwendung.

Der Einsatz von Nanomaterialien zur Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung kann dazu beitragen, den Energiebedarf der Verfahren zu senken und die Kosten zu reduzieren. Allerdings fehlen noch Lebenszyklusanalysen um konkrete Aussagen zum Umweltentlastungspotenzial von Abwasserbehandlungsmethoden mit Hilfe von Nanomaterialien und nanotechnologischer Methoden zuzulassen.

Neben dem möglichen Nutzen ist jedoch zu berücksichtigen, dass Nanomaterialien auch unbeabsichtigte Wirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit hervorrufen könnten. Im Vorfeld der Nutzung von Nanomaterialien für die Behandlung von Abwasser muss sichergestellt werden, betont das deutsche Umweltbundesamt, dass die Nanomaterialien möglichst fest in den entsprechenden Matrizes eingebunden sind und somit nicht in die Umwelt gelangen können.

Auf Nanopartikelsuche im Mondsee - Projekt FENOMENO

Logo Projekt FENOMENO - Bil...
Logo Projekt FENOMENO - Bild: fenomeno-nano.de

Nanomaterialien werden schon bei einer Reihe von Konsumprodukten, wie Sonnenschutzmittel, Textilien oder Farben eingesetzt (siehe "Produkte") und können in die Umwelt gelangen. Das europäische Projekt FENOMENO unter Beteiligung des Forschungsinstituts für Limnologie der Universität Innsbruck untersucht seit April 2015 die Auswirkungen von Nanopartikeln auf das Ökosystem Mondsee in Oberösterreich. Das Projekt soll den Verbleib und die Auswirkungen von Nanopartikeln auf die Nahrungskette (Algen - Wasserflöhe - Friedfische - Raubfische) aufklären, um die Risiken der Nutzung von Nanoteilchen für Menschen und Umwelt abklären zu können.

Ob Nanopartikel aus Abwässern durch Kläranlagen effizient herausgefiltert werden, war bislang kaum bekannt. Um dies zu untersuchen, eignet sich der Mondsee sehr gut, da die geklärten Abwässer direkt in den See eingeleitet werden. Die Forscherinnen nahmen Wasserproben an drei verschiedenen Stellen des Sees - direkt am Ausfluss der Kläranlage, in einiger Entfernung davon und am Auslauf des Sees - und untersuchten die Proben auf synthetische Nanopartikel von Silber und Titandioxid. Dabei zeigte sich, dass die Kläranlage die Abwässer gut von Nanopartikeln reinigt, denn obwohl im Zulauf der Kläranlage hohe Konzentrationen gemessen wurden, konnte an der Einleitstelle in den See nur mehr eine sehr geringe, knapp über der Nachweisgrenze liegende Konzentration an Nanopartikeln festgestellt werden. Über 90 % der Nanopartikel im Kläranlagen-Zulauf blieben in der Kläranlage. Zum Vergleich untersuchten die Forscherinnen das Wasser des Irrsees, in den keine geklärten Abwässer eingeleitet werden und konnten keine Unterschiede zum Mondsee feststellen.

Auch in untersuchten Gewässerorganismen wie Algen, Plankton oder Fischen, welche Nanopartikel aufnehmen könnten, wurden keine Nanopartikel gefunden.

Da Nanopartikel von Titandioxid als UV-Filter in Sonnenschutzmitteln eingesetzt wird, nahmen die Forscherinnen ursprünglich an, dass die Konzentration dieser synthetischen Nanopartikel in den Sommermonaten durch die vielen Badegäste am Mondsee ansteigen müsste. Die ersten Resultate bestätigen dies jedoch nicht. Die im Herbst entnommenen Wasserproben unterschieden sich nicht von jenen aus dem Frühjahr. Die Menge an Titandioxid-Nanopartikeln, die durch Badegäste in den See gelangt, scheint vernachlässigbar zu sein, stellen die Forscherinnen fest.

Um diese ersten Ergebnisse abzusichern, werden in einem zweiten Jahreszyklus weitere Messungen durchgeführt.

"Nano-Abfall"

Eine Übersicht zu "Produkte mit Nanomaterialien am Ende ihres Lebenszyklus" bietet das NanoTrust-Dossier Nr. 040 (August 2014)

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Umweltrelevante Aspekte von Nanomaterialien am Ende der Nutzungsphase

Teil I: Abwässer und Klärschlamm. Einen Überblick gibt das NanoTrust Dossier Nr. 43 (Februar 2015)

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Umweltrelevante Aspekte von Nanomaterialien am Ende der Nutzungsphase

Teil II: Abfallverwertung und -entsorgung. Einen Überblick gibt das NanoTrust Dossier Nr. 44 (April 2015)

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Synthetisch hergestellte Nanomaterialien in Konsumprodukten und deren Verbleib am Ende ihrer Nutzungsphase

F. Part, I. Gruber et al., 2016

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Deutsches Umweltbundesamt

Einsatz von Nanomaterialien und nanoskaligen Produkten zur Abwasserbehandlung. Datenblatt (4.12.2015)

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Projekt FENOMENO

Webseite (nur in Englisch)

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Winzig kleine Gefahr?

Pressemeldung der Universität Innsbruck (13.6.2017)

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