Forschungs- und Entwicklungsvorhaben

Nanostrukturzum Vergrößern anklicken
Nanostrukturen sind mehr als 1.000-mal kleiner als der Durchmesser eines Menschenhaares.
Quelle: eugenesergeev / Fotolia.com

Das UBA fördert und betreut derzeit folgende Forschungs- und Entwicklungsvorhaben; weitere Informationen zu diesen Vorhaben erhalten Sie in der Umweltforschungsdatenbank UFORDAT unter der jeweils angegebenen Nummer.

Forschungs- und Entwicklungsvorhaben

Entwicklung einer spezifischen OECD Prüfrichtlinie zur Bestimmung der Partikelgrößen- und Anzahlgrößenverteilung von Nanomaterialien
Die Eigenschaften von Nanomaterialien werden neben deren chemischen Zusammensetzung auch von physikalischen Eigenschaften (z.B. Größe, Geometrie und Kristallstruktur) beeinflusst. Für die zuverlässige Erfassung und Bewertung von Verhalten und Wirkung von Nanomaterialien, aber auch für die Bestimmung der Exposition von Mensch und Umwelt mit Nanomaterialien, ist eine umfassende physikalisch-chemische Charakterisierung von Nanomaterialien wesentlich. Dies ist eine wichtige Vorausset¬zung, um Nanomaterialien zu identifizieren, Tester¬gebnisse zu interpretieren und vergleichen zu können sowie zukünftig die Möglichkeit zu haben, Voraus¬sagen zu möglichen Verhalten und Wirkung treffen zu können. Die bestehenden standardisierten Prüfmethoden der OECD zur physikalisch-chemischen Charakterisierung sind allerdings nicht für Nanomaterialien im Speziellen entwickelt worden. Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung einer harmonisierten Prüfvorschrift für eine valide und reproduzierbare Bestimmung der primären Partikelgröße und Anzahlgrößenverteilung  welche für Nanomaterialien eine besonders relevante physikalisch-chemischen  Eigenschaft ist. . Das Vorhaben wird dazu partikuläre und faserförmige Nanomaterialien betrachten.

Untersuchungen zur möglichen Freisetzung von Nanopartikeln bei der Ablagerung und bodenbezogenen Anwendung von mineralischen Abfällen
Das 2015 abgeschlossene UFOPLAN-Projekt „Untersuchung möglicher Umweltauswirkungen bei der Entsorgung nanomaterialhaltiger Abfälle in Abfallbehandlungsanlagen“ zeigte, dass in modernen Abfallverbrennungsanlagen bei der Verbrennung nanohaltiger Abfälle nach dem Stand der Technik keine erhöhte Emissionskonzentration an Nanopartikeln im gereinigten Abgas zu erwarten ist. Die eingebrachten NNNNanopartikel wurden hauptsächlich in den festen Rückständen der Verbrennung (Aschen und Schlacke) wiedergefunden. In einem neuen UFOPLAN-Projekt „Untersuchungen zur möglichen Freisetzung von Nanopartikeln bei der Ablagerung und bodenbezogenen Anwendung von mineralischen Abfällen“ soll nun näher untersucht werden, inwieweit Nanopartikel ggf. bei der Verwertung und Beseitigung der Verbrennungsrückstände in die Umwelt freigesetzt werden können. (UFORDAT Nr. 01064052)

Entwicklung einer Methode zur Untersuchung der Bioakkumulation synthetisch hergestellter Nanomaterialien in filtrierenden Organismen (Bivalvia)
Die Bestimmung der Akkumulation von chemischen Stoffen in Umweltorganismen ist neben den Eigenschaften wie Persistenz und Ökotoxikologie wesentlich für das Verständnis der Interaktionen eines Stoffes mit der Umwelt. Die zur Untersuchung zur Verfügung stehenden Methoden zur Bestimmung der  Bioakkumulation sind aber vor allem auf lösliche organische Chemikalien ausgerichtet. Ob diese auch Anwendung auf die Untersuchung von Nanomaterialien finden können, ist offen. Gelangen Nanomaterialien in Gewässer, agglomerieren und sedimentieren sie in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften und den Eigenschaften des umgebenden Mediums. Somit ist davon auszugehen, dass das Sediment einwichtiges Zielkompartiment von Nanomaterialien ist. Eine frühzeitige Betrachtung des Vermögens in Organismen zu bioakkumulieren, die auf oder im Sediment leben und Futter filtrieren, ist daher wichtig. Mit diesem Vorhaben soll eine geeignete Vorgehensweise zur Untersuchung des Potentials zur Bioakkumulation von Nanomaterialien in Muscheln gefunden werden. Dazu werden Nanomaterialien untschiedlicher chemischer Natur hinsichtlich ihrer Bioakkumulation untersucht. Dies erfolgt unter Berücksichtigung notwendiger Anpassungen an die Untersuchung von Nanomaterialien in filtrierenden Organismen. (UFORDAT Nr. 01064071)

Gruppierung von Nanomaterialien im Hinblick auf eine gemeinsame Prüfung von Umweltverhalten und -wirkung für Regulierungsaspekte
Bei der Vielzahl von Nanomaterialien mit zahlreichen Modifikationen ist der Aufwand einer Untersuchung von Umweltverhalten und -wirkung enorm. Es besteht daher die Notwendigkeit, Nanomaterialien mit ähnlichem Verhalten und ähnlicher Wirkung in Gruppen zusammenfassen zu können. Ziel des Vorhabens ist es, für verschiedene Nanomaterialien physikalisch-chemische Daten mit ökotoxikologischer Wirkung zu korrelieren und Bezugsgrößen zu definieren, die sich als Basis für eine Gruppierung für aquatische Organismen eignen. Diese Gruppierung wird experimentell für die in aquatischen Organismen Alge, Wasserfloh und Fischembryo nach OECD Standardverfahren (OECD TG 201, 202, 236) geprüft und auf Grundlage der Ergebnisse modifiziert und verfeinert.
(UFORDAT Nr. 01051534)

Klärung methodischer Problemstellungen bei der Untersuchung von Nanomaterialien im Bereich Umwelt – Entwicklung einer Entscheidungshilfe zur Untersuchung des Umweltverhaltens von Nanomaterialien auf Basis der Löslichkeit und des Dispergierverhaltens in Abhängigkeit verschiedener Umweltparameter
Für die adäquate und valide Interpretation von Daten zum Verhalten und Schicksal von Nanomaterialien in der Umwelt ist es notwendig Parameter wie Löslichkeit, Dispergierbarkeit und Stabilität der Dispersion beschreiben zu können. Ziel des Projekts ist daher  ein gestuftes Verfahren zur Untersuchung der Parameter Löslichkeit, Dispersion und Dispersionsverhalten von Nanomaterialien als Voraussetzung für weiterführende Untersuchungen zum Umweltverhalten von Nanomaterialien zu entwickeln. Die Arbeiten dienen als Grundlage für einen OECD Leitfaden zur Untersuchung des Verhaltens von Nanomaterialien in aquatischen Umweltmedien. Darüber hinaus soll im Rahmen des Projekts ein Vorschlag für eine neue OECD-Testrichtlinie  erarbeitet werden, mit der die Dispersionsstabilität und das Dispersionsverhalten von Nanomaterialien in aquatischen Umweltmedien untersucht werden können. Hierzu müssen im Projekt die dafür relevanten Einflussgrößen identifiziert und valide, aber auch pragmatische Ansätze für einzusetzende Methoden und Techniken entwickelt werden.  
(UFORDAT Nr. 01046737)

UBA Beteiligung an Drittmittelprojekten

BMBF DENANA – "Designkriterien für nachhaltige Nanomaterialien"

01.10.2014 - 30.09.2017

Im Zentrum des Verbundvorhabens DENANA steht das Design nachhaltiger Nanomaterialien. Dazu sollen Designkriterien abgeleitet werden, welche die Entwicklung für die Umwelt unbedenklicher Nanomaterialien zulassen. Schwerpunkt der Ableitung dieser Kriterien wird auf das Umweltverhalten und die Langzeitökotoxizität von kommerziell bedeutsamen Nanomaterialien wie SiO2, CeO2 und Ag gelegt.
Ziele der Forschungsarbeiten zu DENANA am UBA betreffen die Ermittlung der Stabilität der Nanomaterialien in wässrigen Lösungen unter verschiedenen hydrochemischen Bedingungen sowie des daraus resultierenden Transportverhaltens in wassergesättigten, sandigen Sedimenten. Dabei steht die Frage nach der Rolle der Partikelbeschichtung (coating) im Mittelpunkt. Der Fokus dieser Arbeiten wird auf CeO2 gelegt. Des Weiteren werden am UBA die kurz- und langzeitökotoxikologische Wirkung von mit variierenden Eigenschaften hergestellten Nanomaterialien geprüft. Es werden so Basisdaten zur Ökotoxikologie erhoben und Ergebnisse aus speziell angepassten Testdesigns und Langzeitdaten zu Nanomaterialien erarbeitet, die zur Entwicklung von unbedenklichen Nanomaterialien beitragen sollen. Darüber hinaus stellt das UBA die Vernetzung zu den derzeitigen Aktivitäten der OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials her. In Zusammenarbeit mit dem Konsortium werden die in DENANA generierten Daten und Designkriterien hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit für die Gefährdungs- und Risikoabschätzung ausgewertet.

DEANA - Designkriterien

BMBF NanoGRAVUR – „nanostrukturierte Materialien – Gruppierung hinsichtlich Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutz und Risikominimierung“

01.05.2015-30.04.2018

Die Nanotechnologie eröffnet eine Vielzahl neuer Anwendungsmöglichkeiten in den verschiedensten Industriebereichen (u.a. chemische Industrie, Elektrotechnik, Medizintechnik). Die Herausforderung liegt dabei in der optimalen Nutzung der Potenziale dieser z.T. neuen Technologien bei gleichzeitigem verantwortungsvollen Umgang. Bei der Vielfalt existierender synthetischer Nanomaterialien, die zudem auch in zahlreichen Modifikationen (Unterschiede in der Größe, Form, chemischer Zusammensetzung und Oberflächenfunktionalisierung) existieren können, ist der Aufwand zur Untersuchung von Effekten und Verhalten im Rahmen regulatorischer Anforderungen enorm. Bei der Variabilität der möglichen Wirkungen ist es zudem unmöglich das potentielle Risiko für jedes Nanomaterial im Einzelfall zu prüfen. Für ein strategisches Testen besteht die dringende Notwendigkeit, Nanomaterialien mit ähnlichem Verhalten und Wirkung in Gruppen zusammenzufassen. Dazu gilt es gemeinsame, quantifizierbare Eigenschaften zu identifizieren, die auf bestimmte Wirkungen und bestimmtes Verhalten schließen lassen und anhand derer eine Gruppierung verschiedener Nanomaterialien vorgenommen werden kann. Aufgrund dieses komplexen Bildes ist es ein zentrales Ziel von nanoGRAVUR, Kriterienkataloge für eine Gruppierung von Nanomaterialien in schutzgutübergreifenden Hinblick auf Gefährdungs- und Risikopotenziale zu entwickeln. Das UBA ist an verschiedenen Arbeitspaketen, die sich mit Umweltaspekten der Gruppierungsansätze befassen, beteiligt und stellt darüber hinaus die Vernetzung zu den derzeitigen Aktivitäten der OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials und zu aktuellen Diskussionen zur Regulierung von Nanomaterialien her.

nanoGRAVUR - Projektseite

EU Horizon 2020 ProSafe – „Promoting the Implementation of Safe Design“

01.02.2015 - 31.01.2017

Ziel dieser von der EU geförderten „Coordination and Support Action“ ist die Vernetzung verschiedener Initiativen, Institutionen und Forschungsprojekten zur Zusammenführung von Ergebnissen und Erkenntnissen zur Chemikaliensicherheit mit dem Schwerpunkt synthetische Nanomaterialien. Im Projekt sollen Daten mit regulatorischen Kontext. zur physikalisch-chemischen Charakterisierung, zum Verhalten, zur (Öko-)Toxikologie, zur Exposition als auch zu Lebenszyklusanalysen von synthetischen Nanomaterialien zusammengeführt werden. Es sollen aber auch Maßnahmen und Entwicklungen zur Risikobewertung, Risikomanagement und Verminderung  unterstützt  und koordiniert werden. Dabei sollen möglichst unterschiedliche Akteure und viele EU- und Nicht-EU-Länder einbezogen werden. Die Aufgaben des UBAs im Projekt umfassen u. a. die Organisation einer 3-tägigen Abschlusskonferenz. Auf dieser Konferenz sollen die Ergebnisse aus verschiedenen EU-Projekten zur Sicherheitsforschung von Nanomaterialien für die Nutzung im regulativen Kontext vorgestellt und diskutiert werden.

ProSafe – Projektseite

Darüber hinaus begleitet das  UBA in beratender Weise die Projekte:
BMBF NanoMobil - „Synthetische Silber-Nanopartikel im System Boden-Grundwasser - Mobilität, Wirkungen auf die Lebensgemeinschaft und Wechselwirkung zwischen Hydro-, Pedo- und Biosphäre“
BMBF NanoUmwelt – „Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte“
EU Horizon2020 NanoFaSe  – „Nanomaterial Fate and Specification in the Environment“.

Abgeschlossene Drittmittelprojekte

„UMSICHT″ - Abschätzung der Umweltgefährdung durch Silber-Nanomaterialien
Vom chemischen Partikel bis zum Technischen Produkt (2010-2013). Ziel des im Rahmen des NanoNature Programmes vom BMBF geförderten Projektes war die Generierung grundlegender Daten zu Verhalten, Verbleib und Wirkung von Silbernanomaterialien, um eine mögliche Umweltgefährdung zu erfassen. Das UBA beteiligte sich als einer von 16 Partnern an dem Vorhaben mit ökotoxikologischen Untersuchungen nach Standardtestverfahren, als auch mit Untersuchungen zur antimikrobiellen Wirksamkeit von mit Nanosilber ausgestatteter Textilien und zur Alterung solcher Produkte unter realen Tragebedingungen. Am UBA wurde außerdem auf Grundlage der Ergebnisse zu Eigenschaften, Umweltverhalten und Wirkung eines der untersuchten Silbernanomaterialien und unter Entwicklung eines Expositionsszenarios für Nanosilber aus Haushaltstextilien eine Gefährdungs- und Risikoabschätzung für Silber-Nanomaterialien in Verbrauchsprodukten erstellt. Stärken und Limitierungen der Umweltrisikobewertung wurden diskutiert und Empfehlungen erarbeitet. Das Projekt wurde koordiniert durch das UFT der Universität Bremen.

Abschlussbericht des Partners UBA

Abschlussberichte Forschungs- und Entwicklungsvorhaben

nach Veröffentlichungsjahr

Forschungsberichte Nanotechnik