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Abschätzung der Umweltgefährdung durch Silber-Nanomaterialien - vom chemischen Partikel bis zum technischen Produkt - UMSICHT
(2013) Polleichtner, Christian; Völker, Doris; Deutschland. Umweltbundesamt
Abschätzung der Umweltgefährdung durch Silber-Nanomaterialien - vom chemischen Partikel bis zum technischen Produkt - UMSICHT
(2013) Polleichtner, Christian; Völker, Doris; Deutschland. Umweltbundesamt
Advanced materials
(Umweltbundesamt, 2023) Schwirn, Kathrin; Völker, Doris; Ahrens, Birgit; Berkner, Silvia; Blum, Christopher; Niederle, Werner; Süring, Kathrin; Tietjen, Lars; Vogel, Julia; Weißhaupt, Petra
Advanced materials promise technical solutions to support sustainable transformation. They play an important role for a variety of environmental topics worked on at UBA, such as energy transition, circular economy and chemical safety. Various sectors can benefit from the use of advanced materials, but they can also face challenges. The UBA position paper describes the area of tension between the promising use and possible challenges for environmental and health protection and other sustainability dimensions, illustrates this with various examples and derives corner stones for a safe and sustainable life cycle of advanced materials. Quelle: www.umweltbundesamt.de
Advanced materials - proposed clusters, and possible relevance criteria with focus on chemical safety issues
(2020) Zajicek, Larissa; Giese, Bernd; Reihlen, Antonia; Völker, Doris; Schwirn, Kathrin
Advanced materials: Overview of the field and screening criteria for relevance assessment
(Umweltbundesamt, 2020) Giese, Bernd; Drapalik, Markus; Zajicek, Larissa; Universität für Bodenkultur Wien; Institut für Ökologie und Politik; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris; Schwirn, Kathrin; Galert, Wiebke; Tietjen, Lars
Die in diesem Bericht beschriebenen Projekttätigkeiten umfassen eine Literaturrecherche, Experteninterviews, eine Online-Umfrage, die Entwicklung von Relevanzkriterien und die Organisation der ersten von drei thematischen Konferenzen im Rahmen des Projektes. Auf der Grundlage der gesammelten Informationen und Erfahrungen wurden Advanced Materials in verschiedene Klassen eingeteilt. Jede Klasse wurde in Form eines Factsheets charakterisiert. Auf der ersten Konferenz wurden Ansätze diskutiert Advanced Materials in solchen Klassen zusammenzufassen sowie die Notwendigkeit, Advanced Materials und Aspekte der Chemikaliensicherheit in das Materialdesign einzubeziehen. Es wurden einige Typen von Advanced Materials identifiziert, die im Hinblick auf die Chemikaliensicherheit von Bedeutung sein könnten. Dies könnte z. B. auf Indizien zu Gefahren und Risiken, die möglicherweise ein angemessenes Risikomanagement erfordern, eine unzureichende regulatorische Erfassung oder fehlende Methoden und Instrumente zur Risikobewertung zurückzuführen sein. Der Bericht fasst die Ergebnisse des ersten Arbeitspakets des Projekts zusammen. Er ist ein Diskussionsbeitrag zu den weiteren zwei thematischen Konferenzen des Projekts sowie zur weiteren Entwicklung von Ansätzen zur Einteilung von Advanced Materials in Gruppen und ihrer Beschreibung und Priorisierung in anderen Kontexten. Quelle: Forschungsbericht
Analysis of studies and research projects regarding the detection of nanomaterials in different environmental compartments and deduction of need for action regarding method development
(Umweltbundesamt, 2019) Hildebrand, Heike; Schymura, Stefan; Franke, Karsten; Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris
Das Ziel der vorliegenden Studie war die Erstellung eines Überblicks verschiedener Strategien und Techniken, die bei der Detektion von (technischen) Nanomaterialien in den Umweltkompartimenten Oberflächenwasser, Boden, Sediment, Luft, Biota und Klärschlamm zum Einsatz kommen. Darauf basierend werden kurz- bis langfristige Handlungsempfehlungen für die Etablierung von standardisierten Messprotokollen für die Detektion von NM in der Umwelt abgeleitet. Diese Messungen dienen der Überprüfung der Belastungssituation in der Umwelt, können helfen zu prüfen, ob mögliche regulative Maßnahmen greifen und unterstützen die Anwendbarkeit von Resultaten aus Expositionsmodellen anhand des Vergleichs mit Realdaten. Vor allem durch Verwendung des "Web of Science" wurde eine Literaturrecherche nach Übersichtsarbeiten, die den gegenwärtigen Stand der Technik der NM-Detektion in Umweltmedien zusammenfassen, vorgenommen. Über 160 wissenschaftliche Publikationen wurden im Hinblick auf NM-Detektion evaluiert. Die Ergebnisse dieser Literaturstudie zeigen deutlich, dass eine Methoden-Kombination zur Detektion und Identifizierung von NM nötig ist und welche insbesondere die Unterscheidung von natürlichen NM und technischen NM zulässt. Der wichtigste Schritt ist hierbei die Probenvorbereitung für die gewählte Detektionsmethode, die in den meisten Fällen die komplette Entfernung der (störenden) Matrix und einen Transfer der NM in ein für die Messung geeignetes Medium einschließt. Gegenwärtig herrscht ein Mangel an Feldstudien zur Detektion unbekannter Konzentrationen von nicht weiter spezifizierten technischen NM in Umweltproben. Feldstudien existieren nur für wenige Umweltkompartimente, hauptsächlich Oberflächenwässer. Die Schlussfolgerungen identifizieren den Handlungsbedarf dementsprechend mit dem Hauptaugenmerk auf der Entwicklung, Standardisierung und Validierung eines Kombinationsansatzes existierender Methoden. Quelle: Forschungsbericht
Assessing ecological data on nanomaterials
(2014) Schwirn, Kathrin; Völker, Doris
Auf dem Weg zur OECD Prüfrichtlinie zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Nanomaterialien
(2022) Kämpf, Kerstin; Bachmann, Volker; Peters, Torben; Schwirn, Kathrin; Völker, Doris
Betrachtungen zum Zusammenhang von physikalisch-chemischen Eigenschaften und aquatischer Ökotoxizität bei Nanomaterialien mit dem Ziel einer Gruppierung
(Umweltbundesamt, 2017) Hund-Rinke, Kerstin; Nickel, Carmen; Kühnel, Dana; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Institut für Energie- und Umwelttechnik (Duisburg); Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris
Projektziel war die Entwicklung eines Konzeptes, um Nanomaterialien (NM) hinsichtlich ihrer Ökotoxizitat für Algen, Daphnien, und den Fischembryo zu gruppieren. Dabei wurden fünf Arbeitsschritte durchlaufen: (i) Auswahl von insgesamt 14 NM, die sich auf die Materialtypen Ag, ZnO, TiO2, CeO2, und Cu aufteilten; (ii) umfassende physikalischĄ-chemische Charakterisierung aller Materialien in Wasser und den drei Testmedien; (iii) Entwicklung von Hypothesen zur erwarteten Ökotoxizitat; (iv) ökotoxikologische Testung aller NM in den drei ausgewählten Testsystemen; (v) Erprobung verschiedener Gruppierungsänsatze auf Basis der physikalischĄ-chemischen Parameter (PCParameter), die als relevant für die aquatische Ökotoxizitat identifiziert worden waren. Als relevant wurden Morphologie, Stabilität (Ionenfreisetzung, Kristallstruktur) und die Ökotoxizitat der chemischen Verbindung identifiziert und darauf basierend ein Schema zur Gruppierung vorgeschlagen. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass weitere Parameter zu berücksichtigen sind. Es zeigte sich weiterhin, dass keine sinnvolle Gruppierungshypothese auf einem einzelnen PCĄ-Parameter beruhen kann. Für eine sinnvolle Gruppierung ist ein Set von Parametern notwendig. Um das vorgeschlagene Gruppierungskonzept im Hinblick auf die regulatorische Anwendung zukünftig weiterzuentwickeln sind folgende Aspekte zu berücksichtigen: (i) gezielte Berücksichtigung von Oberflächenmodifikationen, die bewusst bei dem Projekt ausgeschlossen worden waren; (ii) Ersatz des Fischembryotests aufgrund seiner geringen Sensitivität; (iii) Anpassung der Methoden zur Bestimmung der Oberflächenreaktivitat, da keine Übereinstimmung zwischen den entsprechenden Messwerten und der Ökotoxizitat ermittelt wurde; (iv) die Kinetik ausgewählter PCĄ-Parameter (Agglomerationsverhalten; ZetaĄ-Potential, Reaktivität, Löslichkeit) im Test. Ferner wird eine größere Anzahl an ECĄ-Werten benötigt, um die Aussagekraft der Statistik zu erhöhen. Quelle: Forschungsbericht
Considerations about the relationship of nanomaterial´s physical-chemical properties and aquatic toxicity for the purpose of grouping
(Umweltbundesamt, 2017) Hund-Rinke, Kerstin; Nickel, Carmen; Kühnel, Dana; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Institut für Energie- und Umwelttechnik (Duisburg); Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris
Projektziel war die Entwicklung eines Konzeptes, um Nanomaterialien (NM) hinsichtlich ihrer Ökotoxizitat für Algen, Daphnien, und den Fischembryo zu gruppieren. Dabei wurden fünf Arbeitsschritte durchlaufen: (i) Auswahl von insgesamt 14 NM, die sich auf die Materialtypen Ag, ZnO, TiO2, CeO2, und Cu aufteilten; (ii) umfassende physikalischĄ-chemische Charakterisierung aller Materialien in Wasser und den drei Testmedien; (iii) Entwicklung von Hypothesen zur erwarteten Ökotoxizitat; (iv) ökotoxikologische Testung aller NM in den drei ausgewählten Testsystemen; (v) Erprobung verschiedener Gruppierungsänsatze auf Basis der physikalischĄ-chemischen Parameter (PCParameter), die als relevant für die aquatische Ökotoxizitat identifiziert worden waren. Als relevant wurden Morphologie, Stabilität (Ionenfreisetzung, Kristallstruktur) und die Ökotoxizitat der chemischen Verbindung identifiziert und darauf basierend ein Schema zur Gruppierung vorgeschlagen. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass weitere Parameter zu berücksichtigen sind. Es zeigte sich weiterhin, dass keine sinnvolle Gruppierungshypothese auf einem einzelnen PCĄ-Parameter beruhen kann. Für eine sinnvolle Gruppierung ist ein Set von Parametern notwendig. Um das vorgeschlagene Gruppierungskonzept im Hinblick auf die regulatorische Anwendung zukünftig weiterzuentwickeln sind folgende Aspekte zu berücksichtigen: (i) gezielte Berücksichtigung von Oberflächenmodifikationen, die bewusst bei dem Projekt ausgeschlossen worden waren; (ii) Ersatz des Fischembryotests aufgrund seiner geringen Sensitivität; (iii) Anpassung der Methoden zur Bestimmung der Oberflächenreaktivitat, da keine Übereinstimmung zwischen den entsprechenden Messwerten und der Ökotoxizitat ermittelt wurde; (iv) die Kinetik ausgewählter PCĄ-Parameter (Agglomerationsverhalten; ZetaĄ-Potential, Reaktivität, Löslichkeit) im Test. Ferner wird eine größere Anzahl an ECĄ-Werten benötigt, um die Aussagekraft der Statistik zu erhöhen. Quelle: Forschungsbericht
DENANA - Designkriterien für nachhaltige Nanomaterialien
(2018) Dippon-Deissler, Urs; Klitzke, Sondra; Kussatz, Carola; Lukas, Marcus; Schneider, Philipp; Völker, Doris; Deutschland. Umweltbundesamt
Detection of manufactured nanomaterials in complex environmental compartments
(2020) Schymura, Stefan; Hildebrand, Heike; Völker, Doris; Schwirn, Kathrin
Developing a guidance document for the testing of dissolution and dispersion stability of nanomaterials, and the use of the data for further environmental testing and assessment strategies
(Umweltbundesamt, 2020) Ahtiainen, Jukka; Drumsö Ecotox Consultancy; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris
Dieser Bericht präsentiert den Hintergrund, Ablauf und die Inhalte zur Entwicklung eines OECD Leitfadens für die Untersuchung von Löslichkeit und Dispersionsstabilität von Nanomaterialien in der Umwelt und die Nutzung der dadurch gewonnenen Daten für weitere Umweltuntersuchungen und Umweltbewertungsstrategien. Die Löslichkeit(srate) und Dispersionsstabilität werden als die wichtigsten Treiber des Umweltverhaltens und â€Ìschicksals von Nanomaterialien in der Umwelt angesehen. Zur Bestimmung der Dispersionsstabilität von Nanomaterialien in der Umwelt liegt bereits die OECD Prüfrichtlinie (TG) 318 vor. Eine OECD Prüfrichtlinie zur Bestimmung der Löslichkeit(srate) von Nanomaterialien in der Umwelt befindet sich derzeit noch in der Entwicklung. Da noch keine solche OECD Prüfrichtlinie zur Bestimmung der Löslichkeit(-rate) für Nanomaterialien zur Verfügung steht, wurden in den Leitfaden solche Methoden aus Wissenschaft und vorliegenden OECD TG/GDs aufgenommen, die für Nanomaterialien als sinnvoll erachtet werden. Zur Unterstützung der Anwendung der OECD TG 318 sind zusätzliche Informationen zur Präsentation und Interpretation von Daten zur Dispersionsstabilität in den Leitfaden eingebracht worden. Darüber hinaus werden im Leitfaden vorläufige Anleitungen gegeben, wie Heteroagglomeration von Nanomaterialien in der Umwelt bestimmt werden kann. Der vorliegende Bericht stellt neben den Inhalten des Leitfadens und den Ablauf seiner Entwicklung auch seine Bedeutung für die Umweltbewertung von Nanomaterialien dar und gibt einen Ausblick, welche regulatorischen Tragweite dieser in der Zukunft haben kann. Der finale Leitfaden wurde im April 2020 von der OECD Arbeitsgruppe der Nationalen Koordinatoren des OECD Prüfrichtlinienprogramms (WNT) verabschiedet und ist nach Veröffentlichung auf den Internetseiten des OECD Prüfrichtlinienprogramms zu finden. Quelle: Forschungsbericht
Development of a method for systematic classification of nanocarrier systems
(2023) NanoSAFE 2023 (8. : 2023 : Grenoble); Pavlicek, Anna; Völker, Doris; Schwirn, Kathrin
Development of a method to determine the bioaccumulation of manufactured nanomaterials in filtering organisms (Bivalvia)
(Umweltbundesamt, 2020) Schlechtriem, Christian; Knopf, Burkhard; Kühr, Sebastian; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris
Immer größer werdende Mengen an synthetischen Nanomaterialien (MNMs) werden für den industriellen Einsatz produziert und können während der Produktion, dem Einsatz der Produkte, sowie bei deren Entsorgung in die Umwelt gelangen. MNM mit hohen Produktionsvolumina unterliegen einer Bioakkumulationsbewertung im Rahmen der EU REACH Verordnung, um potentielle Umweltbelastungen abschätzen zu können. Die hierbei für die Chemikalienbewertung klassischerweise verwendeten Methoden, etwa Durchflussstudien mit Fischen gemäß OECD TG 305, sind für das Testen von MNMs in aquatischen Medien jedoch nur bedingt geeignet. So neigen die meisten MNMs dazu in aquatischen System nur metastabile Suspensionen zu bilden und direkt nach dem Eintreten in das Medium oder im zeitlichen Verlauf zu sedimentieren. Eine konstante homogene Exposition im Testsystem wird somit stark erschwert. Für Corbicula fluminea, eine weit verbreitete Süßwassermuschel, wurde bereits in früheren Studien gezeigt, dass sie MNMs aus der Wasserphase durch Filtration aufnehmen kann. Im Rahmen dieses Projekts wurde die Eignung von C. fluminea für Bioakkumulationsstudien mit MNMs geprüft. Hierzu wurde ein neues Durchflusssystem entwickelt, welches eine konstante und homogene Exposition von MNMs ermöglicht. Zur Überprüfung wurden synthetische Nanomaterialien gewählt, welche jeweils MNMs mit bestimmten Eigenschaften repräsentieren. Das Silbernanopartikel NM 300K (AgNP) wurde als Repräsentant der Gruppe der gut dispergierbaren und ionenfreisetzenden MNMs getestet und mit AgNO3 als nicht nanopartikuläre Form desselben Elements verglichen. NM 105, ein Titandioxid NP, wurde für die Gruppe der nicht ionenfreisetzenden MNMs getestet. Für die Gruppe der MNMs, welche auf organischen Polymeren basieren, wurde das Polystyrol NP Fluoro-MaxTM getestet, welches mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Somit konnte die Aufnahme und Verteilung des NPs im Weichkörper der Muscheln u.a. mittels Fluoreszenzmikroskop untersucht werden. Für die Ag und TiO2 Behandlungen konnten nach Messung der Gewebekonzentrationen BAF bzw. BCF Werte im Konzentrationsgleichgewicht ermittelt werden. BAFss Werte von 31 und 128 für die beiden NM 300K Konzentrationen (0.624 und 6.177 'Mikrogramm'Ag/L) und 6,150 und 9,022 für die beiden NM 105 Konzentrationen (0.099 und 0.589 'Mikrogram'TiO2/L) zeigten, dass BAFss Werte für die untersuchten MNMs abhängig von der jeweiligen Expositionskonzentration sind. Für die AgNO3 Behandlung wurden ebenso konzentrationsabhängige BCFss Werte von 31 und 711 für die höhere und niedrigere Konzentrationen ermittelt. Die Kinetik der gemessenen Partikelkonzentrationen in den Muschelgeweben (sp-ICP-MS) wie auch die ermittelten Distributionsfaktoren für einzelne Kompartimente lieferten Hinweise, dass die untersuchten MNMs zwar aufgenommen, aber nicht inkorporiert wurden. Quelle: Forschungsbericht
Development of a specific OECD test guideline on particle size and particle size distribution of nanomaterials
(Umweltbundesamt, 2021) Bresch, Harald; Kämpf, Kerstin; Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung; Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, Doris
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine neue OECD-Prüfrichtlinie (TG) für die Bestimmung von Partikelgrößen und Partikelgrößenverteilungen von Nanomaterialien entwickelt, da die existierende OECD TG 110 zur Bestimmung von Partikelgrößen in Bezug auf den anwendbaren Größenbereich und die gegebenen Methoden veraltet ist bzw. den Nanometerbereich < 200 nm nicht abdeckt. Mit ihrem Anwendungsbereich von 1 bis 1000 nm deckt die neue Prüfrichtlinie (TG PSD) die gesamte Nanoskala ab. Die TG PSD ist für partikel- und faserförmige Nanomaterialien anwendbar. Durch die, in der TG PSD vorgeschriebene, paarweise Messung von Faserdurchmesser und -länge ermöglicht diese TG zum ersten Mal Fasern hinsichtlich ihrer größenabhängigen Gefahrstoffeigenschaften zu unterscheiden. Die Messanweisungen aller enthaltenen Methoden wurden im Rahmen von zwei getrennten Ringversuchen validiert, da bei der Anwendung der Methoden eine Unterscheidung zwischen Partikeln und Fasern gemacht werden muss. Neben Angaben zum Inhalt und Struktur der TG PSD, befasst sich der vorliegende Abschlussbericht mit den wesentlichen Schritten, Überlegungen und organisatorischen Aspekten bei der Entwicklung der Prüfrichtlinie. Darüber hinaus werden Einblicke in die Auswahl, Vorbereitung und Prävalidierung der im Ringversuch verwendeten Testmaterialien gegeben. Schließlich werden die wichtigsten Ergeb-nisse aus den Ringversuchen und ihre Auswirkungen auf die TG PSD vorgestellt. Quelle: Forschungsbericht
Einsatz von Nanomaterialien in der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
(2016) Dubbert, Wolfgang; Liesegang, Christian; Schwirn, Kathrin; Nunweiler, Elisabeth; Völker, Doris; Saleka, Hanno; Werlein, Max
Zur Effizienzsteigerung der Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen können Nanomaterialien einen wichtigen Beitrag leisten. Dieses Datenblatt will hierzu einen Überblick geben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass auf diesem Gebiet sehr viel geforscht wird, Anwendungen aber erst vereinzelt auf den Markt kommen. Die aussichtsreichsten nanotechnischen Anwendungen entstehen hierbei im Solar-, Wind- und Brennstoffzellenbereich als auch bei der Entwicklung thermoelektrischer Elemente. Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/
Einsatz von Nanomaterialien in Kunststoffverpackungen
(Umweltbundesamt, 2018) Schwirn, Kathrin; Liesegang, Christian; Völker, Doris; Kotschik, Gerhard
Das vorliegende Datenblatt behandelt Nanomaterialien, die neue, technische oder verbesserte Eigenschaften von Verpackungen versprechen. Die zur Beschriftung und Oberflächenbeschichtung von Verpackungen eingesetzten Nanomaterialien sind teilweise die gleichen, die in (Druck-)Farben und Lacken Einsatz finden. Hierzu verweisen wir auf unser Datenblatt "Einsatz von Nanomaterialien in Beschichtungen" (UBA 2014). Ein Großteil der möglichen Anwendung von Nanomaterialien in Verpackungen liegt im Bereich von Kunststoffen und Kunststoffverpackungen, daher liegt in diesem Datenblatt der Schwerpunkt auf dem Einsatz von Nanomaterialien in diesen Materialien. Quelle: https://www.umweltbundesamt.de
Einsatz von Nanomaterialien und nanoskaligen Produkten zur Abwasserbehandlung
(2015) Apel, Petra; Dubbert, Wolfgang; Schwirn, Kathrin; Klitzke, Sondra; Völker, Doris; Liesegang, Christian; Winde, Christine
Die Behandlung von belastetem Wasser vor dem Einleiten in Oberflächengewässer ist eine der global vordringlichsten Herausforderungen der Zukunft. Bestehende Verfahren zur Wasser- und Abwasseraufbereitung können durch geeignete nanotechnische Anwendungen optimiert werden, die zu einer gezielteren Entfernung von Kontaminationen, besseren Energieeffizienz und geringeren Kosten führen können. Experten prognostizieren, dass der Wassersektor neben dem Energiesektor mittel- bis langfristig mit am stärksten von innovativen Anwendungen der Nanotechnik profitieren könnte. Neben dem Nutzen der Verwendung von Nanomaterialien zur Wasserbehandlung ist auch zu berücksichtigen, dass Nanomaterialien unbeabsichtigte Wirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit hervorrufen können. Bei der Verwendung der Nanomaterialien muss beachtet werden, dass die neuartigen Eigenschaften der Nanomaterialien gegebenenfalls auch schädliche Wirkungen auf die Umwelt und den Menschen haben können.
Environmental Implications of Nanosilver
(2014) Völker, Doris; Hohndorf, Lars; Koch, Wolfgang; Kühnen, Ute; Schlich, Karsten; Hunde-Rinke, Kerstin