Neuartige Materialien

Unter dem Begriff neuartige Materialien (englisch „advanced materials“) wird eine breite und heterogene Gruppe von Materialien verstanden, die bewusst so gestaltet wurden, um die funktionalen Anforderungen für zukunftsweisende Anwendungen erfüllen zu können. Dabei ist zu beachten, dass es sich nicht immer um sehr neue Entwicklungen handelt.

Die Begriffe neue/neuartige Materialien oder new/advanced materials werden sehr breit verwendet und können z.B. diese Materialgruppen umfassen:

• Neuartige Legierungen (z.B. intermetallische Legierungen, Legierungen mit Formgedächtnis, High-Entropy Legierungen)
• Neuartige Polymere (z.B. elektroaktive Polymere, selbstreparierende Polymere, Co-Polymere)
• Biopolymere (z.B. DNA-basiert, RNA-basiert, proteinbasiert, zuckerbasiert, lipidbasiert)
• Poröse Materialien (z.B. mikroporös, mesoporös, makroporös)
• Partikuläre Systeme (z.B. Quantenpunkte, Suprapartikel, Nanoblüten, Graphen)
• Neuartige Fasern (z.B. organisch, kohlenstoffbasiert, anorganisch)
• Komposite (z.B. makroskopische, faserverstärkte, partikelverstärkte; Hybridmaterialien)
• Metamaterialien (z.B. elektromagnetische, akustische)
• Nanomaterialien (z.B. responsive, mit katalytischen, optischen oder magnetischen Eigenschaften)

Neuartige Materialien bergen ein großes Anwendungspotenzial in verschiedenen Bereichen wie erneuerbare Energien, E-Mobilität, Digitalisierung oder Gesundheitsschutz und versprechen somit technische Lösungen für globale Herausforderungen. 

Auf Grund der Komplexität neuartiger Materialien und ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten bestehen aber auch offene Fragen hinsichtlich möglicher Herausforderungen für die Chemikaliensicherheit, aber auch über ihren tatsächlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit entlang des Lebenszyklus.

Für einen Teil der neuen Materialien lassen sich hinsichtlich der Risikobewertung im Rahmen der Chemikaliensicherheit ähnliche Problemlagen erwarten wie für Nanomaterialien, d.h. dass die potentiellen Risiken nicht allein durch die chemische Zusammensetzung eines Materials sondern verstärkt auch durch physikalische und morphologische Eigenschaften bestimmt werden. Es gilt daher zu prüfen, ob die Vorgaben und Methoden der Chemikalienbewertung in ihrer jetzigen Form eine sachgerechte Risikobewertung erlauben oder ob es Anpassungsbedarf gibt, um eine sichere Verwendung zu gewährleisten. Für einen anderen Teil der Materialien gilt es auch zu beachten, dass sie vermutlich Herausforderungen in anderen umweltrelevanten Bereichen z.B. durch eine eingeschränkte Recyclingfähigkeit darstellen könnten.

Zur Initiierung einer internationalen Diskussion dieser Herausforderungen veranstaltete das Umweltbundesamt von 2019 bis 2021 eine Reihe von Themenkonferenzen unter Beteiligung von Vertretern betroffener Akteure (Behörden, Wissenschaft, Industrie, NGO). Im Rahmen dieser Veranstaltungen wurde ein Überblick über neuartige Materialien und deren Anwendungen erhalten, Ansätze zur Strukturierung des Themenfeldes und Möglichkeiten der Priorisierung und Relevanzbewertung von neuartigen Materialien diskutiert, als auch der Handlungsbedarf im Kontext der Chemikaliensicherheit erörtert.

Das Umweltbundesamt hat daher zusammen mit der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) und dem Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) eine gemeinsame Perspektive auf einen verantwortungsvollen Umgang und eine angemessene Steuerung von neuartigen Materialien entwickelt. Aus behördlicher Sicht stellen BAuA, BfR und UBA notwendige Aktivitäten in den Bereichen Frühwarnsysteme, Regulation, Innovation, Kommunikation und Forschung zusammen. Darüber hinaus arbeitet das UBA auf europäischer Ebene in einer informellen Koalition mit Expertinnen und Experten aus anderen Einrichtungen europäischer Mitgliedstaaten zu Fragestellungen der Sicherheit und Nachhaltigkeit von neuartigen Materialien zusammen.

Nanocarrier können als Trägersysteme für Wirkstoffe im Nanometerbereich verstanden werden. Sie dienen u.a. dem Schutz, dem gezielten Transport und der Freisetzung eines Wirkstoffs am vorgesehenen Wirkort und werden vor allem in der Medizin, aber auch in der Landwirtschaft, in der Kosmetik, in Lebensmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln etc. eingesetzt und erforscht. Das Umweltbundesamt hat einen Bericht zum Stand der Technik zu Nanocarrier in Auftrag gegeben, der einen Überblick über das breite Spektrum vorhandener und in der Entwicklung befindlicher Nanocarrier gibt. Der Bericht enthält eine Zusammenstellung der verschiedenen Nanocarrier in ihren Typen und Untertypen, sowie Informationen über deren chemischen Ursprung und spezifischen Eigenschaften. Darüber hinaus zeigt der Bericht Anwendungsbereiche und Entwicklungsstände auf.