Nanomaterialien in der Umwelt - Aktueller Stand der Wissenschaft und Regulierungen zur Chemikaliensicherheit Empfehlungen des Umweltbundesamtes ...
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hintergrund // november 2020 Nanomaterialien in der Umwelt – Aktueller Stand der Wissenschaft und Regulierungen zur Chemikaliensicherheit Empfehlungen des Umweltbundesamtes
Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Fachgebiet IV 2.2 Postfach 14 06 06813 Dessau-Roßlau Tel: +49 340-2103-0 buergerservice@uba.de Internet: www.umweltbundesamt.de /umweltbundesamt.de /umweltbundesamt /umweltbundesamt /umweltbundesamt Autoren: Dr. Kathrin Schwirn, Fachgebiet IV 2.2 Dr. Doris Völker, Fachgebiet IV 2.2 Unter Mitwirkung von: Inga Andrä, Fachgebiet IV 1.1 Susanne Bär, Fachgebiet IV 1.3 Dr. Silvia Berkner, Fachgebiet IV 2.2 Sina Egerer, Fachgebiet IV 1.3 Cornelia Scholz, Fachgebiet IV 1.2 Dr. Sascha Setzer, Fachgebiet IV 1.2 Lars Tietjen, Fachgebiet IV 2.3 Dr. Johanna Wurbs, Fachgebiet III 1.4 Satz und Layout: le-tex publishing services GmbH Publikationen als pdf: www.umweltbundesamt.de/publikationen Bildquellen: Titel: Shutterstock/DeSerg Stand: November 2020 (2. Auflage) ISSN 2363-829X
hintergrund // november 2020 Nanomaterialien in der Umwelt – Aktueller Stand der Wissenschaft und Regulierungen zur Chemikaliensicherheit Empfehlungen des Umweltbundesamtes
Inhalt
Inhalt
1. Einleitung������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 6
2. Wirkung und Verhalten in der Umwelt – Stand des Wissens�������������������������������������������� 7
2.1. Wirkung in der Umwelt������������������������������������������������������������������������������������������������ 7
2.2. Freisetzung in die Umwelt �������������������������������������������������������������������������������������������� 8
2.3. Verhalten und Verbleib in der Umwelt ������������������������������������������������������������������������������ 9
3. W
eiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit������������������������ 10
3.1. R
egelungsübergreifender Anpassungsbedarf������������������������������������������������������������������� 10
3.1.1 Anwendung der Definition für Nanomaterialien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.2 Ausreichende physikalisch-chemische Charakterisierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.3 A
npassung der Risikobewertung für Nanomaterialien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.4 N
anospezifisches Vorgehen für die harmonisierte Prüfung von Umweltverhalten und -wirkung. . . 15
3.1.5 E
ntwicklung nanospezifischer Stoffgruppen- und Analogiekonzepte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2. R
egelungsspezifische Defizite und Anpassungsbedarf�������������������������������������������������������� 17
3.2.1 Chemikalien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2 Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.3 Biozidprodukte und Pflanzenschutzmittel.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.4 Arzneimittel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3. R
egister für nanomaterialhaltige Produkte ���������������������������������������������������������������������� 23
3.4. Umweltzeichen������������������������������������������������������������������������������������������������������� 24
4. Aktivitäten des Umweltbundesamtes ������������������������������������������������������������������������� 25
5. Zusammenfassung und zentraler Handlungsbedarf ����������������������������������������������������� 26
6. Veröffentlichungen von UBA-Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zum Thema seit 2009��� 27
7. Endnoten������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 30
Anhang������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 37
51. Einleitung
1. Einleitung
Unter dem Begriff Nanotechnologien wird die Erfor- sondere zu den Risiken wurden in verschiedensten
schung, Entwicklung, Herstellung und Verarbeitung Forschungsinitiativen zahlreiche Erkenntnisse
von Strukturen und Materialien im Nanometermaß- zusammengetragen, die dazu führten, dass sich
stab verstanden. Diese Materialien, Nanomaterialien1 die Forschung zum Thema nicht mehr allein auf die
genannt, können im Vergleich zu konventionellen grundsätzliche Untersuchung von Eigenschaften,
Chemikalien und Materialien geänderte oder völlig Verhalten und Wirkung beschränkt, sondern neue
neue Eigenschaften und Funktionen haben. Zu den Schwerpunkte zur Anpassungen der Bewertungsin-
wichtigen Anwendungsfeldern der Nanomaterialien strumente für eine zielgerichtete und angemessene
gehören Elektrotechnik, Energietechnik, Chemie Regulierung von Nanomaterialien setzt.
und Materialentwicklung, aber auch Pharmazie,
Beschichtungen, Baumaterialien und Textilien. Heute gibt es nur in einigen, aber noch nicht in allen
Über die Nutzung der spezifischen Eigenschaften Stoffgesetzgebungen Anpassungen an Nanomateria-
von Nanomaterialien kann in den verschiedensten lien. Dadurch können die spezifischen Umweltrisiken
Produkten und Anwendungen höhere Effizienz oder noch nicht zureichend abgebildet und bewertet
neue Funktionalitäten erreicht werden. Somit lassen und geeignete Maßnahmen zur Minimierung der
sich auch für die Umwelt vielseitige Chancen durch Risiken nicht getroffen werden. Schwerpunkt
die Nanotechnik, z. B. im Bereich der Energie- und der vorliegenden Veröffentlichung ist daher die
Ressourceneffizienz, der Sanierung von Altlasten Darstellung der notwendigen Weiterentwicklung
oder der Wasseraufbereitung, erwarten. Aufgrund der Chemikalienregulierung für Nanomaterialien
der dynamischen Entwicklung von Nanomaterialien mit Bezug auf die Umwelt aus Sicht des UBA. Das
und deren Anwendungen steigen ihre Produktions- Papier richtet sich daher vor allem an Akteure sowie
mengen. Dies kann auch eine erhöhte Belastung für Entscheidungsträger, die an den Diskussionen zur
Mensch und Umwelt bedeuten, wenn Nanomateri- Anpassung der verschiedenen Regulierungen im
alien aus Produkten und Anwendungen freigesetzt Rahmen der Chemikaliensicherheit beteiligt sind.
werden. Dazu wird zunächst der derzeitige Stand des Wissens
zu Umweltverhalten und -wirkung von Nanomateri-
Bereits im Jahre 2009 veröffentlichte das Umwelt- alien aufgezeigt. Nachfolgend adressiert das Papier
bundesamt (UBA) ein Hintergrundpapier zum Thema regulierungsübergreifende Aspekte wie die Defini-
Chancen und Risiken der Nanotechnik2. Zu diesem tion, die Charakterisierung und die Risikobewertung
Zeitpunkt handelte es sich bei der Beschreibung des von Nanomaterialien. Neben den übergreifenden
potenziellen Nutzens und der Auswirkungen von Aspekten beschreibt das Papier auch den derzeitigen
Nanomaterialien für Mensch und Umwelt um ein Umgang mit Nanomaterialien in den bestehenden
relativ neues Forschungsfeld. Auch zum heutigen stoffrechtlichen Verfahren sowie den vollzugsspezifi-
Zeitpunkt sind nicht alle Fragen zum potenziellen schen Anpassungsbedarf. Abschließend werden die
Umweltnutzen und zu den potenziell von Nanoma- Aktivitäten und Handlungsempfehlungen des UBA
terialien ausgehenden Risiken beantwortet. Insbe- zum Thema vorgestellt.
62. Wirkung und Verhalten in der Umwelt – Stand des Wissens
2. Wirkung und Verhalten in der Umwelt – Stand des Wissens
Um die Risiken von Nanomaterialien einschätzen zu Titandioxid (TiO2) zeigen in Labortests eine erhöhte
können, sind neben dem Wissen über deren Gefähr- Toxizität unter Einfluss von simuliertem Sonnenlicht7.
dungspotenzial auch Kenntnisse über deren Freiset- Bei Fischen konnten darüber hinaus für einige Nano-
zung sowie Verhalten und Verbleib in der Umwelt und materialien subletale Effekte, wie Veränderungen in
daraus resultierend die Umweltexposition notwendig. Geweben und Organen, Schädigungen der Kiemen
und Entwicklungsstörungen in verlängerten Tests
In den letzten Jahren wurden dank intensiver beobachtet werden8. Zusätzlich wurde festgestellt,
Forschung neue Erkenntnisse zu Verhalten und dass in Abhängigkeit vom untersuchten Nanomaterial
Wirkung von Nanomaterialien gewonnen. Außerdem aquatische Organismen nach kurzzeitiger Belastung
konnten Prozesse und Mechanismen identifiziert ein verändertes Verhalten zeigen, wie eine veränderte
werden, die für die Beschreibung des Verhaltens und Futteraufnahme oder ein verstärktes Fluchtverhalten,
der Wirkung von Nanomaterialien in der Umwelt von oder deren Energiehaushalt beeinflusst wird9.
Bedeutung sind. Im Folgenden wird eine allgemeine
Zusammenfassung dieser Erkenntnisse gegeben. Da der Großteil der auf dem Markt befindlichen
Nanomaterialien anorganischer Natur ist und daher
2.1. Wirkung in der Umwelt biologisch nicht abgebaut wird, ist davon auszuge-
Die Nanoskaligkeit eines Stoffes allein weist nicht hen, dass sie in der Umwelt verbleiben werden. Um
automatisch auf ein Gefährdungspotenzial hin. Viel- den Besonderheiten und komplexen Verhalten von
mehr wird die potenziell schädigende Wirkung eines Nanomaterialien in der Umwelt bei der Bestimmung
Nanomaterials neben seiner chemischen Zusam- der ökotoxischen Wirkung Rechnung zu tragen,
mensetzung auch von Eigenschaften wie seiner sind daher Untersuchungen zur Toxizität allein nach
Größe, Geometrie, Kristallstruktur und Oberflächen Kurzzeitbelastung unzureichend. Untersuchungen
eigenschaften (z. B. Ladung, Oberflächenchemie) zu Langzeitwirkungen wurden für eine begrenzte
bestimmt3. Zusätzlich beeinflussen die Umgebungs- Anzahl von Nanomaterialien (hauptsächlich TiO2,
parameter (z. B. pH-Wert, Salzgehalt, Gehalt an natür- ZnO, Ag) für verschiedene wirbellose Tiere durch-
lichen organischen Substanzen) die Eigenschaften geführt. Es wurde festgestellt, dass Belastungen
von Nanomaterialien und können so wiederum deren von Nematoden („Rundwürmern“) und Daphnien
Mobilität, Bioverfügbarkeit und toxische Wirkung („Flohkrebsen“) mit unterschiedlichen Nanomate-
in der Umwelt beeinflussen4. Der derzeitige Unter- rialien (TiO2, Ag und Gold (Au)) zu Einbußen in der
suchungsaufwand zur Ermittlung der ökotoxischen Nachkommenschaft und bei Betrachtung mehrerer
Wirkung von Nanomaterialien fokussiert vorrangig Generationen zu einem deutlichen Anstieg der Morta-
auf Nanomaterialien mit einfachem Aufbau, die zum lität und Einschränkung der Fortpflanzung führen
Teil auch schon seit vielen Jahren auf dem Markt sind, können10. Umfassende und ausreichende Studien zur
aber bisher nicht nanospezifisch betrachtet wurden. chronischen Wirkung auf Wirbeltiere wie Fische, die
Der Großteil der gewonnenen Erkenntnisse bezieht über das Larvenstadium hinausgehen, liegen noch
sich auf die Wirkung auf aquatische Organismen. nicht vor.
Auch Daten zur Wirkung auf Bodenorganismen oder
im/auf dem Sediment lebenden Organismen wurden Zu ökotoxischen Wirkungen von Nanomaterialien
in den letzten Jahren zunehmend erhoben. Viele der auf Boden- und Sedimentorganismen liegen weniger
untersuchten Nanomaterialien zeigen nach Kurzzeit- Informationen vor. Dies ist dadurch bedingt, dass die
belastung keine bzw. nur eine moderate bis geringe Untersuchung der Wirkung von Nanomaterialien auf
Toxizität auf Umweltorganismen. Eine hohe akute diese Organismen methodisch schwieriger ist. Ein
Toxizität auf aquatische Organismen kann für solche Teil der vorhandenen Studien beschreiben keinerlei
Nanomaterialien beobachtet werden, die aquatoxisch Wirkung auf boden- und sedimentlebende wirbellose
wirkende Ionen abgeben (z. B. Silber (Ag), Zinkoxid Tiere, wohingegen andere Studien aufzeigen, dass
(ZnO))5. Dabei können zusätzliche Effekte durch Testorganismen es vermeiden, sich im mit Nanoma-
die Partikel nicht ausgeschlossen werden6. Auch terialien belasteten Boden aufzuhalten11. Weitere
bestimmte, fotokatalytisch aktive Formen von Studien berichten von Veränderungen der Repro-
72. Wirkung und Verhalten in der Umwelt – Stand des Wissens
duktionsrate (stimulierend und unterdrückend) nach Es gilt im Einzelfall prüfen, ob die vorhandenen
Belastung des Testbodens mit Nanomaterialien12. Studien für eine Bewertung der Umweltgefährdung
Diese Befunde sind allerdings nicht immer eindeutig geeignet sind. In vielen Studien sind die physika-
dosisabhängig. Untersuchungen mit verschiedenen lisch-chemischen Eigenschaften der untersuchten
Pflanzen zeigen, dass Nanomaterialien aufgenom- Nanomaterialien nur unzureichend beschrieben.
men und in der Pflanze verlagert werden können. Auch fehlt es oftmals an Begleitanalytik, und es
In einigen Fällen wurde ein Einfluss auf Keimung werden lediglich Angaben zur ursprünglich einge-
und Wachstum festgestellt13. Nach Belastung mit setzten Konzentration gemacht. Dies ist in Frage zu
TiO2-Nanomaterialien wurde darüber hinaus eine stellen, da Wechselwirkungen zwischen den Parti-
Abnahme der Artenvielfalt von Bodenmikroorganis- keln untereinander und mit dem Testsystem dazu
men festgestellt14. führen, dass die nominal eingesetzte Konzentration
sich deutlich von der tatsächlichen Belastungskon-
Transformationen und Alterung von Nanomaterialien zentration unterscheiden kann.
in der Umwelt (z. B. Sulfidierung von metallischen
Nanomaterialien) kann deren ökotoxische Wirkung 2.2. Freisetzung in die Umwelt
beeinflussen. Studien zu unterschiedlichen Umwelt- Die Anwendungsbereiche für Nanomaterialien sind
organismen zeigen, dass dies sowohl eine Zunahme sehr breit und im Hinblick auf ihre spezifischen
als auch Abnahme der Effekte bedeuten kann15. Da Eigenschaften ohne Einschränkung. Es gibt Nanoma-
diese Studien mit unterschiedlichen Testsystemen terialien wie zum Beispiel TiO2, Siliziumdioxid (SiO2)
und Organismen durchgeführt wurden, sind die oder Industrieruß (engl. „carbon black“, CB), die in
Ergebnisse allerdings schwer vergleichbar. hohen Tonnagen hergestellt werden und bereits seit
Jahrzehnten Anwendung finden oder Nanomateria-
Neben der direkten toxischen Wirkung sind für eine lien, deren Eigenschaften bereits seit dem Altertum
Reihe von Nanomaterialien auch indirekte schädi- genutzt werden18. Diese Nanomaterialien erfuhren
gende Effekte auf Umweltorganismen beschrieben: im Laufe der technischen Entwicklung neue Einsatz-
So ist aus Labortests bekannt, dass viele Nanoma- gebiete. Andere Nanomaterialien wie beispielsweise
terialien an Organismen anhaften können und bei Quantum Dots oder Kohlenstoffnanoröhren (engl.
entsprechend hohen Konzentrationen Atmungsor- „carbon nano tubes“, CNT) sind relativ neue Entwick-
gane oder Fressapparate blockieren16. Bei Anlagerung lungen, die noch vor einer Marktdurchdringung
an fotosynthetisch aktive Organismen wie z. B. Algen stehen19.
könnte dies die für metabolische Prozesse notwen-
dige Menge an Licht reduzieren. Zusätzlich adsorbie- Um die Exposition von Nanomaterialien in der
ren Nanomaterialien viele in der Umwelt verfügbare Umwelt abschätzen zu können, bedarf es des Wissens
organische Stoffe an ihrer Oberfläche. Dies kann dazu über das Vorkommen von Nanomaterialien in den
führen, dass auch die Aufnahme durch Organismen verschiedenen Produkten und Anwendungen bezie-
von in der Umwelt verfügbaren Schadstoffen begüns- hungsweise über die Freisetzung über den gesamten
tigt wird17. Lebenszyklus (Herstellung, Gebrauch, Transport,
Recycling, Abfallbeseitigung). Konkrete Daten zur
Trotz der vielen bis heute gewonnenen Erkenntnisse Verwendung sowie zur qualitativen und quantitati-
zur potenziell schädigenden Wirkung der Nanomate- ven Freisetzung sind derzeit oftmals unzureichend
rialien auf Umweltorganismen bleibt die Abschätzung für eine Ableitung der potenziellen Umweltexposi-
der Umweltgefährdung von Nanomaterialien eine tion.
Herausforderung (siehe auch Kapitel 3.1.3).
Die Freisetzung von Nanomaterialien in die Umwelt
Ein Vergleich vieler Studien zur Gefährlichkeitsbe- wurde exemplarisch z. B. für die Verwitterung, die
wertung wird dadurch erschwert, dass einheitliche mechanische Beanspruchung von verschiedenen
Vorgaben zur Applikation der Testsubstanz in die Beschichtungen und das Waschen von Textilien
Testsysteme und Durchführung der Testung der untersucht20. Denkbar sind z. B. auch Freisetzungen
Umwelteffekte durch Nanomaterialien noch in der aus Sonnenschutzmitteln in Badegewässern, bei der
Entwicklung sind. Altlastensanierung, der Abwasserbehandlung oder
bei Sprühanwendungen im Pestizidbereich21.
82. Wirkung und Verhalten in der Umwelt – Stand des Wissens
Abhängig von Produkt und Prozess können die so in der Umwelt. Diese Prozesse werden sowohl
freigesetzten Nanomaterialien in Fragmenten des von den Eigenschaften des Partikels (z. B. Größe,
Produktes gebunden sein22. Bisher wurde nicht Geometrie, Oberflächeneigenschaften) bestimmt,
untersucht, ob diese Fragmente in der Umwelt weiter als auch von den Eigenschaften des umgebenden
abgebaut werden und es zu einer endgültigen Freiset- Umweltmediums (z. B. pH-Wert, Salzgehalt, Gehalt an
zung der darin gebundenen Nanomaterialien kommt. natürlich vorkommenden organischen Substanzen)26.
Die Agglomeration führt zu einer Anhaftung der
Untersuchungen an Modellkläranlagen zeigen, dass einzelnen Partikel aneinander und wird durch
die bisher betrachteten Nanomaterialien zu rund elektrostatische und sterische Wechselwirkungen
90 % am Klärschlamm gebunden werden und nur ein zwischen den Partikeln hervorgerufen. Bei Heteroag-
geringer Anteil (< 10 %) in das Oberflächengewässer glomeration agglomerieren Nanomaterialien mit den
gelangt23. Im Falle einer landwirtschaftlichen in der Umwelt natürlich vorkommenden Partikeln.
Nutzung des Klärschlamms wird dadurch die Expo- Nanomaterialien sedimentieren in Abhängigkeit
sition des Ackerbodens wahrscheinlich. Der Verbleib ihrer Dichte und Agglomeration über die Zeit aus der
von Nanomaterialien in Böden ist derzeit noch nicht Luft oder aus aquatischen Systemen auf den Boden
hinreichend geklärt. Unabhängig vom Eintrag von beziehungsweise in das Sediment.
Nanomaterialien in die Umwelt, spricht sich das
UBA auf Grund der bekannten, damit verbundenen Nanomaterialien transformieren unter Umweltbedin-
Risiken gegen die landwirtschaftliche Verwertung gungen durch Reduktion oder Oxidation. Sie können
von Klärschlamm aus. andere Substanzen adsorbieren oder ggf. vorhandene
synthetische Hüllen durch mechanische, chemische
Erste Untersuchungen zum Verhalten von Nanoma- oder biologische Prozesse verlieren. Diese Prozesse
terialien (Zeriumdioxid (CeO2), TiO2) in Müllverbren- können die Mobilität von Nanomaterialien reduzieren
nungsanlagen zeigen, dass diese vorrangig in den aber auch begünstigen und die Bioverfügbarkeit
Feststoffrückständen wie Schlacke und Flugasche beeinflussen27.
abgeschieden werden und eine Freisetzung über
das gereinigte Rauchgas vernachlässigbar ist24. Die Untersuchungen zur Aufnahme, Anreicherung und
Freisetzung von Nanomaterialien aus Deponien Verbleib in Umweltorganismen wurden bereits mit
wurde bisher kaum untersucht. Die Ergebnisse einer einer begrenzten Anzahl verschiedener Nanoma-
Studie zeigen die Freisetzung von pigmentärem TiO2 terialien durchgeführt. Die meisten Studien hierzu
aus Baustoffdeponien über den Abfluss. Insofern ist wurden bislang anhand von wirbellosen Tieren
die Freisetzung von Nanomaterialien über diesen wie Wasserflöhen und Regenwürmern, aber auch
Weg in die Umwelt denkbar25. Fischen, vorgenommen. Die derzeit vorliegenden
Befunde deuten auf ein Potenzial von Nanoma-
Generell gibt es bisher noch qualitativ und quan- terialien hin, sich in Organismen anzureichern,
titativ unzureichend Daten zur Freisetzung von allerdings ist dieses eher gering28. In den meisten
Nanomaterialien in die Umwelt, die eine Aussage Studien konnte eine Aufnahme der Nanomaterialien
über den gesamten Lebenszyklus erlauben. Dies liegt und auch gute Ausscheidung nachgewiesen werden,
zum einen an dem vielfältigen und diffusen Einsatz die aber oft nicht vollständig ist29. In Versuchen
von Nanomaterialien. Zum anderen ist dies der mit Fischen und Regenwürmern zu metallischen
methodischen Herausforderung und dem Fehlen von und metalloxidischen Nanomaterialien konnte
standardisierten Methoden geschuldet. trotz guter Ausscheidung von Nanomaterialien ein
Anstieg der entsprechenden metallischen Elemente
2.3. Verhalten und Verbleib in der Umwelt in den peripheren Organen nachgewiesen werden30.
Ein Großteil der bekannten, auf dem Markt Geringe Anreicherung mit schneller Aufnahme und
befindlichen Nanomaterialien ist anorganischer Ausscheidung aus dem Darm von Fischen wurde
Natur. Der biologische Abbau spielt daher meist auch für mehrwandige CNT (MWCNT) nachgewiesen.
eine untergeordnete Rolle. Dagegen bestimmen Wenige Fragmente dieser Nanomaterialien erreichten
Prozesse wie (Hetero-)Agglomeration, Sedimentation, allerdings Blut und Muskelgewebe31. Studien mit
Adsorption von Stoffen, Anhaftung an Oberflächen Regenwürmern zeigen die Möglichkeit der Anreiche-
und Transformation oder Auflösung das Verhalten rung von Metallen und Metalloxiden nach Aufnahme
93. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
entsprechender Nanomaterialien32. Andere Studien rialien konnten verschiedene Studien zeigen, dass
betrachteten und bestätigten die Aufnahme und Nanomaterialien über einfache Nahrungsketten
Verlagerung der Nanomaterialien zum Beispiel in weitergegeben werden können36.
Pflanzen33. Die Aufnahme von Nanomaterialien
durch Organismen, die Nahrung aus der umgebenden Die Datenlage zu Verhalten und Verbleib von Nano-
Umwelt filtrieren, wurde in verschiedenen Studien materialien in der Umwelt und in Umweltorganismen
mit Muscheln nachgewiesen34. In Zelltests wurden hat sich in den letzten Jahren deutlich verbessert. Die
mögliche Aufnahmemechanismen in die Zellen Nutzbarkeit dieser Daten für eine Bewertung ist aber
der Organismen beschrieben35. Die unvollständige eingeschränkt, da die methodischen Grundlagen
Ausscheidung von aufgenommen Nanomaterialien ist der Studien nicht einheitlich und damit schwer zu
besonders für solche Organismen kritisch zu sehen, vergleichen sind. Hierfür bedarf es standardisierter
die am Anfang der Nahrungskette stehen. Unabhän- Methoden, die die für die Beschreibung des Umwelt-
gig von der Frage der Anreicherung von Nanomate- verhaltens spezifischen Prozesse berücksichtigen.
3. W
eiterentwicklung gesetzlicher Regelungen
der Chemikaliensicherheit
Als chemische Stoffe werden Nanomaterialien in den (CLP-VO), die europäische Verordnung über die
gesetzlichen Regelungen grundsätzlich erfasst. Es Bereitstellung auf dem Markt und die Verwendung
bestehen allerdings bisher nicht in allen Regelungen von Biozidprodukten39 (Biozid-VO), die europäische
der Stoffgesetzgebung spezifische Anforderungen, die Verordnung über das Inverkehrbringen von Pflan-
die oben aufgeführten Besonderheiten von Nanoma- zenschutzmitteln40 und die europäische Richtlinie
terialien hinsichtlich der Datenbasis und Risikobe- bzw. Verordnung zur Zulassung von Human- bzw.
wertung berücksichtigen. Innerhalb verschiedener Tierarzneimitteln41. Im Rahmen dieser Regulierungen
nationaler und europäischer Gremien werden diese ist das UBA für die Überprüfung und Bewertung der
Defizite und mögliche Optionen zur Anpassung der Umweltrisiken zuständig. Darüber hinaus wird der
betroffenen Regelungen seit geraumer Zeit diskutiert. Anpassungsbedarf für die Kriterien der Vergabe von
Umweltkennzeichen und die Notwendigkeit eines
Eine Anpassung der Regulierungen an Nanomateri- europäischen Registers für nanomaterialhaltige
alien muss das neu generierte Wissen zu Verhalten, Produkte thematisiert.
Wirkung sowie zur Exposition und zu Anwendungen
berücksichtigen. Dies ist notwendig, um eine sach- 3.1. Regelungsübergreifender
gerechte Bewertung zu gewährleisten, das Vertrauen Anpassungsbedarf
der Zivilgesellschaft gegenüber Nanotechnologien zu 3.1.1 Anwendung der Definition für Nanomaterialien
bewahren und Rechtssicherheit zu schaffen. Die regulatorische Definition von Nanomaterialien
ist von hoher Bedeutung, um Klarheit darüber zu
Im Folgenden werden zunächst übergreifend gültige schaffen, welche Materialien unter eine bestimmte
Aspekte für die angemessene Regelung von Nanoma- Regelung fallen. Am 18.10.2011 verabschiedete die
terialien in den verschiedenen Stoffgesetzgebungen Europäische Kommission eine Empfehlung zur Defi-
aus Sicht des UBA vorgestellt. Anschließend wird nition von Nanomaterialien42 (siehe Textbox 1). Ziel
dann auf die einzelnen für Nanomaterialien relevan- der Kommission war es, diese Empfehlung bis 2014
ten Regelungen der Stoffgesetzgebung mit Umwelt- zu überprüfen und, wenn notwendig, anzupassen.
bezug eingegangen. Dies betrifft im Einzelnen die
europäische Chemikalienverordnung REACH37, die Das UBA sieht die Definition grundsätzlich als
europäische Verordnung zur Einstufung, Kennzeich- geeignet an und begrüßt, dass der Definitionsvor-
nung und Verpackung von Stoffen und Gemischen38 schlag neben den hergestellten Nanomaterialien auch
103. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
Auszug aus der Empfehlung der Europäischen Kommission zur Definition von Nanomaterialien
vom Oktober 2011
„Nanomaterial“ ist ein natürliches, bei Prozessen anfallendes oder hergestelltes Material, das Partikel in unge-
bundenem Zustand, als Aggregat oder als Agglomerat enthält, und bei dem mindestens 50 % der Partikel in der
Anzahlgrößenverteilung ein oder mehrere Außenmaße im Bereich von 1 nm bis 100 nm haben.
In besonderen Fällen kann der Schwellenwert von 50 % für die Anzahlgrößenverteilung durch einen Schwellenwert
zwischen 1 % und 50 % ersetzt werden, wenn Umwelt-, Gesundheits-, Sicherheits- oder Wettbewerbserwägungen
dies rechtfertigen.
Abweichend sind Fullerene, Graphenflocken und einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem oder mehreren
Außenmaßen unter 1 nm als Nanomaterialien zu betrachten.
Für die Anwendung gelten für „Partikel“, „Agglomerat“ und „Aggregat“ folgende Begriffsbestimmungen:
a) „Partikel“ ist ein sehr kleines Teilchen einer Substanz mit definierten physikalischen Grenzen;
b) „ Agglomerat“ ist eine Ansammlung schwach gebundener Partikel oder Aggregate, in der die resultierende
externe Oberfläche ähnlich der Summe der Oberflächen der einzelnen Bestandteile ist;
c) „Aggregat“ ist ein Partikel aus fest gebundenen oder verschmolzenen Partikeln.
Sofern technisch machbar und in spezifischen Rechtsvorschriften vorgeschrieben, kann die Übereinstimmung mit
der Definition anhand der spezifischen Oberfläche/Volumen bestimmt werden. Ein Material mit einer spezifischen
Oberfläche/Volumen von über 60 m2/cm3 ist als der Definition entsprechend anzusehen. Allerdings ist ein Material,
das aufgrund seiner Anzahlgrößenverteilung ein Nanomaterial ist, auch dann als der Definition entsprechend
anzusehen, wenn seine spezifische Oberfläche kleiner als 60 m2/cm3 ist.
natürliche und in Prozessen anfallende Nanomateria- die Definition fällt. Dazu könnten beispielsweise
lien umfasst. Eine ggf. notwendige Eingrenzung der Materialien gehören, die einen vernachlässigbar
Definition z. B. auf hergestellte Nanomaterialien sollte geringen Anteil von nanoskaligen Verunreinigungen
bei der Anwendung in den entsprechenden Regelun- enthalten. Im Auftrag der Kommission veröffentlichte
gen geschehen. das JRC 2019 zwei Berichte, die die Umsetzung der
Definitionsempfehlung unterstützen sollen. Der
Die Anwendbarkeit der Definitionsempfehlung wurde erste Bericht befasst sich mit dem Konzept und den
im Jahr 2014 und 2015 im Auftrag der Europäischen verwendeten Begriffen der Definition im regulatori-
Kommission durch die Gemeinsame Forschungsstelle schen Kontext44. Der zweite Bericht gibt Hilfestellung,
(Joint Research Center – JRC) geprüft43. Dazu wurden wie anhand von Messungen Nanomaterialien identifi-
Erfahrungen mit der Definition zusammengetragen ziert werden können45. Darüber hinaus befassen sich
und evaluiert. In seinem abschließenden Bericht derzeit verschiedene Projekte mit der Entwicklung
empfiehlt das JRC, den Gültigkeitsbereich der Defi- von OECD Prüfrichtlinien und Leitfäden, die die
nition auch weiterhin auf natürliche, bei Prozessen Identifizierung von Nanomaterialien gemäß der
anfallende und hergestellte Nanomaterialien mit Definitionsempfehlung unterstützen können46.
einer Größe von 1–100 nm beizubehalten. Darüber
hinaus diskutiert es aus technisch-wissenschaftlicher Neben der Definitionsempfehlung, die in den
Sicht elf Möglichkeiten, die Formulierung der Defini- Anhang IV der REACH-VO (EU 1881/2018) und in die
tion eindeutiger zu gestalten und so ihre Umsetzung Biozid-VO (EU (Nr.) 528/2012) übernommen wurde,
zu erleichtern. Ein wichtiger Punkt ist aus Sicht des gibt es eine Reihe weiterer regelungsspezifischer
UBA die Einführung von Kriterien, die klären, unter Definitionen, die sich von der Definitionsempfehlung
welchen Bedingungen ein Material nicht mehr unter der Europäischen Kommission unterscheiden47. Um
113. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
eine kohärente Regelung und somit eine Gleichbe-
handlung zu erreichen, spricht sich das UBA für die Nanomaterialien müssen hinsichtlich ihrer
Verwendung einer einheitlichen Definition aus. Diese physikalisch-chemischen Eigenschaften
sollte der Empfehlung der Europäischen Kommission umfassend charakterisiert werden, um diese
vom Oktober 2011 folgen. identifizieren sowie Testergebnisse interpre-
tieren und vergleichen zu können. Diesem
muss bei der Ausgestaltung der Pflichten in
Um eine kohärente Regelung und somit eine den verschiedenen Regelungen der Chemika-
Gleichbehandlung zu erreichen, spricht sich liensicherheit Rechnung getragen werden. Die
das UBA für die Verwendung einer einheitli- Entwicklung von harmonisierten Methoden
chen Definition in den verschiedenen Rege- und Leitfäden für die physikalisch-chemische
lungen aus. Diese sollte der Empfehlung der Charakterisierung müssen zügig fortgeführt
Europäischen Kommission vom Oktober 2011 werden.
folgen. Die Entwicklung von Leitfäden und
harmonisierten Methoden zur Identifizierung
von Nanomaterialien ist zügig voranzutreiben.
3.1.3 Anpassung der Risikobewertung
für Nanomaterialien
Um das von Nanomaterialien potenziell ausgehende
3.1.2 Ausreichende physikalisch-chemische Umweltrisiko bewerten zu können, bedarf es der
Charakterisierung angemessenen Abschätzung der Gefährdung und der
Die Eigenschaften eines Nanomaterials werden Exposition der Umwelt.
neben seiner chemischen Zusammensetzung auch
von seiner Größe, Geometrie, Kristallstruktur und Grundsätzlich sind die Prinzipien der Umweltrisi-
Oberflächeneigenschaften (z. B. Ladung, Oberflächen- kobewertung von Chemikalien auch auf Nanomate-
chemie, Funktionalisierung durch organische und rialien anwendbar. Danach wird die angenommene
anorganische Beschichtungen) beeinflusst. Diese Umweltkonzentration mit der Konzentration vergli-
Parameter können sich von den entsprechenden Para- chen, bei der davon ausgegangen wird, dass sie keine
metern des nicht-nanoskaligen Stoffes unterscheiden, ökotoxische Wirkung verursacht. Allerdings besteht
aber auch zwischen verschiedenen Nanomaterialien sowohl auf Seiten der Abschätzung der Konzentrati-
des gleichen chemischen Stoffes. Darüber hinaus onen in den Umweltkompartimenten (Expositions-
sind einige Eigenschaften von Nanomaterialien abschätzung) als auch auf Seiten der Ermittlung der
(z. B. Oberflächenladung, Löslichkeits-, und Agglo- Konzentrationen, die die ökotoxische Wirkung auf
merationsverhalten) abhängig von den Eigenschaften Umweltorganismen beschreiben (Gefährdungsab-
des umgebenden Umweltmediums. schätzung), Anpassungsbedarf, um das Umweltrisiko
von Nanomaterialien geeignet bewerten zu können.
Daher ist es notwendig, Nanomaterialien umfassend
zu charakterisieren. Dies ist eine wichtige Vorausset-
Herausforderungen bei der Gefährdungsabschätzung
zung, um Nanomaterialien identifizieren, Prüfergeb-
Die gängigen in der Ökotoxikologie genutzten
nisse interpretieren und vergleichen zu können sowie
Endpunkte50 wie Wachstum, Sterblichkeit und
zukünftig die Möglichkeit zu haben, Voraussagen zu
Reproduktion der verschiedenen Stellvertreterorga-
möglichen Verhalten und Wirkung treffen zu können.
nismen sind prinzipiell geeignet, um die ökotoxische
Dem muss bei der Ausgestaltung der Pflichten in
Wirkung auch von Nanomaterialien zu bestimmen.
den verschiedenen Regelungen Rechnung getragen
Dennoch besteht Anpassungsbedarf um die Beson-
werden. Derzeit werden in verschiedenen Projekten48
derheiten von Nanomaterialien zu berücksichtigen.
OECD Prüfrichtlinien und Leitfäden entwickelt, die
die harmonisierte Charakterisierung von Nanomateri-
alien ermöglichen sollen49.
123. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
Die ökotoxische Wirkung von Nanomaterialien wird Gefährdung durch Nanomaterialien gemacht werden
beeinflusst durch deren physikalisch-chemische können, sind daher valide Langzeitstudien notwen-
Eigenschaften (chemische Zusammensetzung, dig und akuten Studien vorzuziehen.
Gestalt, Oberflächeneigenschaften) und durch die
Eigenschaften des Testmediums (z. B. pH-Wert, Auf Grund des Verhaltens von Nanomaterialien
Salzgehalt, Gehalt an natürlich vorkommenden ist davon auszugehen, dass Boden und Sediment
organischen Substanzen). Daher ist für die korrekte wichtige Zielkompartimente sind, in denen viele der
Interpretation und für die Vergleichbarkeit der Nanomaterialien längerfristig akkumulieren werden.
Testergebnisse eine umfassende Angabe der Eigen- Daher ist die frühzeitige Betrachtung der ökotoxi-
schaften des zu untersuchenden Nanomaterials und schen Wirkung auf Boden- und Sedimentorganismen
des Testmediums zwingend notwendig. Viele der bedeutsam. Je nach Gesetzgebung werden diese Orga-
derzeitigen Studien charakterisieren Nanomaterial nismen aber nur unter bestimmten Voraussetzungen
und Testmedium allerdings nur unzureichend, so in der Gefährdungsabschätzung betrachtet. Aus Sicht
dass die Nutzbarkeit der Ergebnisse im Rahmen einer des UBA muss die Wirkung auf Boden- und Sediment
Gefährdungsabschätzung stark eingeschränkt ist. organismen in der Gefährdungsabschätzung für
Des Weiteren sollten ökotoxikologische Tests durch Nanomaterialien stärker berücksichtigt werden.
eine umfassende Analytik begleitet werden, aus der
die Konzentration und das Verhalten des Nanoma- Die Auswertung der Wirkung auf ausgewählte Stell-
terials über den Testverlauf deutlich wird. Letzteres vertreterorganismen beruht auf dem Prinzip, dass mit
ist insbesondere erforderlich, um Aussagen zur höherer Belastungskonzentration auch eine stärkere
tatsächlichen Belastungskonzentration im Testsystem Wirkung erreicht wird (Dosis-Wirkungsbeziehung).
ableiten zu können, die sich grundlegend von der Nanomaterialien können bei hohen Konzentrationen
initial eingebrachten Testkonzentration unterschei- stärker in Wechselwirkung treten, wodurch Agglo-
den kann. meration und Sedimentation begünstigt werden.
Bei niedrigeren Konzentrationen liegt dagegen eine
Derzeit bestehen noch keine einheitlichen Vorgaben, bessere Verteilung und damit Verfügbarkeit der
wie Nanomaterialien in die Testsysteme eingebracht Nanomaterialien gegenüber den Testorganismen
werden sollten. Dies führt dazu, dass die Verfügbar- im Testsystem vor, so dass Niedrigdosiswirkungen
keit des Nanomaterials für die Stellvertreterorganis- im Test möglich erscheinen. Treten im Rahmen der
men in den Testsystemen sehr unterschiedlich sein Gefährdungsabschätzung also keine Effekte bei
kann und somit auch die ökotoxische Wirkung stark hohen Belastungskonzentrationen auf, lässt sich
von der Art der Applikation in den Tests abhängt. nicht ausschließen, dass bei niedrigeren Konzentra-
Um die Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit von tionen eine Wirkung auf den Testorganismus besteht.
ökotoxikologischen Studien zu erhöhen, ist es somit Es ist daher notwendig, dies im Rahmen der Gefähr-
wichtig, die Applikation von Nanomaterialien in den dungsabschätzungen zu berücksichtigen. Das kann
Tests zu vereinheitlichen (siehe Kapitel 3.1.4). durch eine höhere Anzahl und einen weiteren Bereich
der zu testenden Konzentrationen oder auch durch
Für eine Bewertung der möglichen Umweltgefähr- die detailliertere Analyse der verfügbaren Konzentra-
dung durch Nanomaterialien liegen derzeit vor tion der Nanomaterialien im Testsystem erfolgen.
allem Studien zur kurzzeitigen Belastung vor. Auf
Grundlage des im Unterschied zu nicht nanoskaligen Im Rahmen eines standardisierten Tests wird nur das
Stoffen veränderten Verhaltens (auch veränderten Ergebnis der ökotoxischen Wirkung (z. B. Sterblich-
kinetischen Verhaltens wie zum Beispiel durch keit) berücksichtigt, nicht aber der dahinterliegende
die schwere Wasserlöslichkeit oder verzögerte molekulare Mechanismus. Im Falle von Ionen
Auflösung), des längerfristigen Verbleibs und der abgebenden Nanomaterialien, deren Ionen bekann-
verlängerten Verfügbarkeit ist die Aussagekraft dieser termaßen ökotoxisch wirken, bleibt somit offen, ob
kurzzeitigen Studien für eine Bewertung unzurei- die gefundene Toxizität sich allein auf die Abgabe
chend. Aussagen zu Langzeiteffekten und Effekten toxischer Ionen zurückführen lässt oder ob auch der
nach Alterung des Nanomaterials in der Umwelt nanoskalige Charakter des Metalls zur Ökotoxizität
sind notwendig. Damit verlässliche Aussagen zur beiträgt. Um insbesondere langfristiges Verhalten
und Wirkung von Ionen abgebenden Nanomaterialien
133. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
bewerten zu können, muss im Rahmen der Abschät- auf die Vitalität der Organismen auswirkt. Auf diese
zung der Umweltgefährdung geklärt werden, wie Weise können Nanomaterialien die ökotoxische
stark die Ionenabgabe über die Zeit ist, beziehungs- Wirkung entscheidend beeinflussen. Die Instrumente
weise über welchen Zeitraum sich das Nanomaterial zur Ableitung der Umweltgefährdung von Stoffen
gegebenenfalls auflöst. In diesem Zusammenhang sind stark auf die Bestimmung der direkten toxischen
ist es essenziell, Vorgaben zu entwickeln, ob und Wirkung ausgelegt. Aus Sicht des UBA sollten bei der
ab wann ein Nanomaterial als vollständig gelöst Gefährdungsabschätzung von Nanomaterialien auch
betrachtet werden kann. Hierüber kann abgeleitet die potenziell erhöhte Toxizität unter natürlichem
werden, ob und unter welchen Voraussetzungen auf Sonnenlicht sowie die oben genannten indirekt
eine nanomaterialspezifische Bewertung verzichtet schädigenden Effekte Berücksichtigung finden.
werden kann.
Für die Beschreibung der Effektkonzentration von
Für fotokatalytisch aktive Formen von Nanomateria- konventionellen Chemikalien wird der Bezug von
lien ist die Berücksichtigung des natürlichen Sonnen- Masse zu Volumen oder Gewicht des Testmediums
lichts für die Bestimmung der ökotoxischen Wirkung (Wasser, Boden, Sediment) genutzt. Bei Nanomate-
(insbesondere auf aquatische Organismen) essen- rialien wird die Toxizität allerdings auch über die
ziell51. Des Weiteren können durch die Anlagerung Partikelgröße bzw. deren Oberfläche bestimmt. Es
von Nanomaterialien an die Oberfläche der Testor- gilt zu prüfen, ob für die Beschreibung der Umwelt-
ganismen oder durch die Verstopfung von Atmungs- gefährdung durch Nanomaterialien der Bezug zur
apparaten und Verdauungsorganen die Atmung, das Partikeloberfläche und -anzahl aussagekräftiger ist
Fressverhalten, die Beweglichkeit oder Prozesse wie als der Bezug zur Masse.
die Häutung beeinflusst werden, was sich wiederum
Aus Sicht des UBA sind bei der Ausgestaltung der Pflichten in den verschiedenen Regelungen Langzeit-
studien akuten Studien vorzuziehen. Auch müssen Effekte auf Boden- und Sedimentorganismen stärker
berücksichtigt werden. Neben der chemischen Toxizität sind bei der Gefährdungsabschätzung auch
Effekte durch zum Beispiel mechanische Wirkung, Fotoreaktivität oder zusätzliche Partikeltoxizität mit
einzubeziehen.
Bei der ökotoxikologischen Untersuchung von Nanomaterialien sind sowohl die zu untersuchenden
Nanomaterialien als auch das eingesetzte Testmedium ausreichend zu charakterisieren und mit entspre-
chender Analytik zu begleiten.
Herausforderung bei der Expositionsabschätzung Üblicherweise werden zur Abschätzung der Umwelt-
Während zur Abschätzung der Effekte auf Umwelt- exposition etablierte Modelle herangezogen, die unter
organismen in den letzten Jahren erhebliche Daten Berücksichtigung von Produktions- und Anwen-
generiert wurden, ist die zur Ableitung der poten- dungsdaten und Daten zur Freisetzung Informationen
ziellen Umweltexposition notwendige Datenlage zu Verhalten und Verbleib von Stoffen nutzen, um
zu Produktionsmengen, Anwendungsbereichen deren Konzentrationen in den verschiedenen Umwelt-
und potenziellen Freisetzungsquellen deutlich kompartimenten abzuleiten. Viele der diesen Model-
eingeschränkt. Prinzipiell stehen anwendbare len zugrundeliegenden Grundsätze und Methoden
Methoden und Techniken auch für den Nachweis von eignen sich aber nicht für Nanomaterialien: Beste-
Nanomaterialien in den Umweltkompartimenten zur hende Modelle zur Expositionsabschätzung basieren
Verfügung, jedoch müssen diese für eine einheitliche auf thermodynamischen Prozessen, bei denen eine
Probennahme, -extraktion und -analyse standardi- Verteilung zwischen den verschiedenen Umweltkom-
siert werden52. partimenten bis zum Erreichen eines Konzentrations-
gleichgewichts angenommen wird. Das ist bei Nano-
materialien nicht der Fall53. Verhalten und Verbleib
143. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
von Nanomaterialien in der Umwelt unterliegen herangezogen54. Diese wurden vorrangig für mehr
vorrangig kinetischen Prozessen wie Agglomeration oder weniger wasserlösliche, organische Chemikalien
und Sedimentation. Daneben ist die Löslichkeitsrate entwickelt.
von Bedeutung. Auch können Nanomaterialien zu
einem bedeutenden Anteil an Oberflächen von in den Die OECD hat im Jahre 2007 im Rahmen des
Umweltkompartimenten vorhandenen Feststoffen Chemikalienprogramms mit der OECD WPMN
anhaften. Biodegradation, als wichtiger Parameter (Working Party on Manufactured Nanomaterials) das
für die Ermittlung der Umweltexposition vieler Stoffe, sogenannte Sponsorship Programme (2009–2014)
ist für viele Nanomaterialien meist nicht relevant, da ins Leben gerufen, in dem ursprünglich 14 repräsen-
sie vorrangig anorganischer Natur sind. Wichtigere tative Nanomaterialien getestet werden sollten55. Eine
Aspekte für eine verlässliche Expositionsabschät- Aufgabe war es zu überprüfen, ob die bestehenden
zung sind dagegen abiotische Veränderungen, z. B. Prüfrichtlinien der OECD zur Untersuchung von
durch chemische Transformation, durch Verlust von Chemikalien auch für Nanomaterialien anwendbar
Oberflächenbeschichtung oder durch Bindung von sind oder ob Anpassungs- bzw. Ergänzungsbedarf
anderen Stoffen. Diese Aspekte nehmen Einfluss besteht. Dabei zeigte sich, dass die bestehenden
auf das weitere Verhalten und die Wirkung von Prüfrichtlinien im Allgemeinen anwendbar sind, aber
Nanomaterialien in der Umwelt. Prozesse wie diese, an die Besonderheiten von Nanomaterialien ange-
die spezifisch für das Verhalten und den Verbleib passt oder entsprechend ergänzt werden müssen. So
von Nanomaterialien in der Umwelt sind, finden wurden unter anderem auf einem Expertentreffen der
allerdings bisher keine oder kaum Beachtung in den OECD zum Umweltverhalten und Umweltwirkungen
existierenden Expositionsmodellen oder regulatori- von Nanomaterialien verschiedene ausgewählte
schen Informationsanforderungen. Eine Anpassung OECD Prüfrichtlinien hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit
ist daher zwingend notwendig, um die quantitative zur Untersuchung von Nanomaterialien diskutiert
und qualitative Verteilung und den Verbleib von und Empfehlungen zur Anpassung erarbeitet56. Der
Nanomaterialien in der Umwelt besser beschreiben identifizierte Anpassungsbedarf der OECD Prüfricht-
und einschätzen zu können. linien ergibt sich vorrangig durch das besondere und
von löslichen organischen Chemikalien abweichende
Verhalten von Nanomaterialien in der Umwelt und
Bei der Ausgestaltung der Pflichten in den in den entsprechenden Testsystemen. Die Vorausset-
verschiedenen Regelungen zur Expositi- zungen zur Erhebung verlässlicher Daten für Nano-
onsbetrachtung ist aus Sicht des UBA eine materialien mit diesen Prüfrichtlinien sind damit
Anpassung der geforderten Informationen für nicht mehr gegeben.
Nanomaterialien notwendig. Wichtige Para-
meter sind neben dem Agglomerations- und Neben der Entwicklung von neuen Prüfrichtlinien
Löslichkeitsverhalten abiotische Veränderun- vor allem für den Bereich des Umweltverhaltens von
gen, z. B. durch chemische Transformation, Nanomaterialien, besteht für eine Reihe von Prüf-
durch Verlust von Oberflächenbeschichtungen richtlinien die Notwendigkeit, zusätzliche Leitfäden
oder durch Bindung von anderen Stoffen. Diese für die Untersuchung von Nanomaterialien zu
Parameter müssen auch in die Expositionsmo- schaffen. Dies betrifft insbesondere Anleitungen zur
delle integriert werden. Einbringung der Nanomaterialien in die Testsysteme,
zur Begleitanalytik und zur Ergebnisinterpretation
und -dokumentation. Zudem weisen die bestehenden
Arbeitsanleitungen Freiheiten in der Testdurch-
3.1.4 N
anospezifisches Vorgehen
führung auf, die für konventionelle Chemikalien
für die harmonisierte Prüfung
durchaus gerechtfertigt sind, bei der Anwendung
von Umweltverhalten und -wirkung
für Nanomaterialien aber dazu führen, dass die
Für die reproduzierbare und vergleichbare Unter-
Ergebnisse nur schwer vergleichbar und daher wenig
suchung von Chemikalien werden eine Reihe
belastbar sind57. Derzeit befinden sich eine Reihe von
standardisierter, international harmonisierter und
OECD Prüfrichtlinien und Leitfäden spezifisch für
akzeptierter Modelle, Prüfrichtlinien und Leitfäden
Nanomaterialien in der Entwicklung oder wurden
zum Teil bereits fertig gestellt58.
153. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
Für eine angemessene Risikobewertung von Nanoma- Konzepts ist es zum einen, für chemische Stoffe
terialien ist darüber hinaus die spezifische Beschrei- mit struktureller Ähnlichkeit, deren physikalisch-
bung der Eigenschaften des zu untersuchenden chemischen, (öko-)toxischen Eigenschaften oder
Nanomaterials, wie z. B. Partikelgröße und -vertei- Eigenschaften im Verhalten vorherzusagen. Zum
lung, Oberfläche und Oberflächenchemie und -ladung anderen soll bei Vorliegen ausreichender Hinweise
von grundlegender Bedeutung. Somit kommt der die Übertragung verfügbarer Daten zur Gefährdung
Entwicklung von spezifischen OECD Prüfrichtlinien eines chemischen Stoffes auf einen anderen ermög-
zur Charakterisierung der physikalisch-chemischen licht werden.
Eigenschaften von Nanomaterialien eine zentrale
Bedeutung zu. Neben der Entwicklung der OECD Dieses Konzept soll den Aufwand zahlreicher
Leitfäden und Prüfrichtlinien zur Bestimmung des Prüfungen zu Verhalten und Wirkung aller einzelnen
Verhaltens und Wirkung von Nanomaterialien wird Mitglieder einer Gruppe reduzieren. Darüber hinaus
daher derzeit auf OECD Ebene die Entwicklung von soll die Zahl an tierexperimentellen Versuchen
OECD Prüfrichtlinien zu Bestimmung der physika- gesenkt werden. Zur generellen Anwendung von
lisch-chemischen Eigenschaften vorangetrieben. Stoffgruppen- und Analogiekonzepten haben sowohl
Informationen zu laufenden Aktivitäten zur Entwick- die OECD60 als auch die ECHA61 Leitlinien vorgelegt.
lung von nanospezifischen OECD Prüfrichtlinien 2017 hat die ECHA einen Anhang zu ihrer Leitlinie
und Leitfäden sowie verabschiedete Prüfvorschriften veröffentlicht und 2019 aktualisiert, der darüber
finden sich auf der Internetseite des OECD Prüfrichtli- hinaus Hinweise für eine spezifische Herange-
nienprogramms59. hensweise zur Anwendung von Stoffgruppen- und
Analogiekonzepten für Nanomaterialien gibt62. Dabei
gilt es, Parameter oder Kombinationen von Parame-
Aus Sicht des UBA ist die Anpassung und tern zu identifizieren, die für die Unterscheidung
Entwicklung von nanospezifischen OECD oder Vergleichbarkeit verschiedener Nanoformen63
Prüfrichtlinien und Leitfäden ein wichtiger wesentlich sein können, wie z. B. chemische Identität,
Baustein zur angemessenen Bewertung der intrinsische Partikeleigenschaften wie Größe und
Umweltrisiken von Nanomaterialien. Das UBA Morphologie oder extrinsische Partikeleigenschaften
ist federführend an verschiedenen Aktivitäten wie das Löslichkeits- oder Agglomerationsverhalten64.
zur Erstellung von OECD Dokumenten mit Rele- Auch die Reaktivität der Nanoformen kann ein bedeu-
vanz für die Umweltbewertung beteiligt. tender Parameter bei der Gruppierung sein. Sowohl
die ECHA als auch die OECD haben die Entwicklung
von Stoffgruppen- und Analogiekonzepten für Nano-
materialien als zentrales Thema für die Bewertung
3.1.5 E
ntwicklung nanospezifischer Stoffgruppen-
und Regulierung von Nanomaterialien identifiziert.
und Analogiekonzepte
Die Möglichkeiten und Grenzen dieser Konzepte sind
Konzepte zur Erfüllung der Datenanforderungen
derzeit jedoch noch nicht abschließend untersucht.
abweichend von Standardprüfprogrammen sind
Dies betrifft insbesondere die Entwicklung von Grup-
bereits für chemische Stoffe etabliert. Eines davon ist
pierungs- und Analogiekonzepten für Nanoformen
das Stoffgruppen- und Analogiekonzept. Ziel dieses
hinsichtlich ähnlicher ökotoxischer Wirkung65.
Bei der Vielzahl der bereits auf dem Markt existierenden und zu erwartenden technisch hergestell-
ten Nanomaterialien ist der Aufwand für die individuelle Untersuchung und Bewertung der zahlrei-
chen Modifikationen enorm. Daher gilt es, Konzepte zu entwickeln, die es erlauben, Nanomaterialien
hinsichtlich ihrer Gefährdung ausreichend zu bewerten, aber Einzelprüfungen einer großen Anzahl
verschiedener Formen vermeiden zu können.
163. Weiterentwicklung gesetzlicher Regelungen der Chemikaliensicherheit
3.2. R
egelungsspezifische Defizite und vom UBA in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt
Anpassungsbedarf für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit (BAuA) und
3.2.1 Chemikalien dem Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) erar-
Die Herstellung, der Import und die Verwendung beitet. Dieses wurde der Europäischen Kommission
von chemischen Stoffen werden in der Europäischen und anderen EU-Gremien im Mai 2012 vorgestellt
Chemikalienverordnung REACH (Verordnung EG und im Januar 2013 veröffentlicht68.
(Nr.) 1907/2006) geregelt. Demnach ist ein Regis-
trant verpflichtet, die Gefährlichkeit der Stoffe zu Nach langen informellen Diskussionen legte die
untersuchen und von ihnen ausgehende Risiken Europäische Kommission schließlich im Oktober
zu bewerten, um einen ausreichenden Schutz von 2017 einen ersten offiziellen Vorschlag zur Anpas-
Mensch und Umwelt gewährleisten zu können. Dazu sung der REACH-Anhänge an Nanomaterialien vor,
müssen unter anderem Daten zur (Öko-)Toxizität und dessen finale Version im Dezember 2018 im Amts-
zur Verwendung einschließlich der Einschätzung, blatt veröffentlicht wurde. Die in den angepassten
inwieweit Mensch und Umwelt gegenüber diesen Anhängen formulierten spezifischen Anforderungen
Stoffen über den gesamten Lebenszyklus exponiert für Nanoformen registrierter Stoffe sind seit dem
sein können, bei der ECHA vorgelegt werden. Die 01.01.2020 anzuwenden69,70. Mit diesen Änderungen
Prüfanforderungen für die Stoffe sind entsprechend wird Transparenz, hinsichtlich ob und welche Nano-
der jährlichen Herstellungs- und Importmenge gestaf- formen eines Stoffes in der Registrierung adressiert
felt (ab 1, 10, 100 bzw. 1000 Tonnen pro Jahr und sind, geschaffen. Die EU Definitionsempfehlung für
Hersteller) und bauen aufeinander auf. Es besteht ein Nanomaterialien und eine Definition von Nanoformen
breiter Konsens, dass REACH in seiner Konzeption, eines Stoffes wurde aufgenommen. Für Nanomate-
seinen Werkzeugen und Methoden (Prüfungen zur rialien ist eine umfassende physikalisch-chemische
Gefahrenermittlung, Risikoabschätzung und Risiko- Charakterisierung notwendig. Zusätzlich wurden
managementmaßnahmen) den passenden Rahmen endpunktspezifische Informationsanforderungen für
zur sicheren Handhabung auch von Nanomaterialien den Bereich menschliche Gesundheit und Umwelt
liefert. Allerdings sind Anpassungen der Vorgaben an geschaffen, wie z. B. wurde die Inhalation als Stan-
die Besonderheiten von Nanomaterialien erforderlich. dardaufnahmeweg für toxikologische Prüfungen und
Diskussionen zur Anpassung von REACH laufen ökotoxikologische Langzeitprüfungen anstelle von
bereits seit mehreren Jahren. Kurzzeittests festgelegt. Auch müssen Informationen
zur Dispersionsstabilität und Löslichkeitsrate in
Für Nanomaterialien bedarf es klarer Vorgaben relevanten Umweltmedien für Nanomaterialien vorge-
hinsichtlich der Datenanforderungen und transpa- legt werden. Für die Registrierung und Bewertung
renter Darstellung innerhalb des Registrierungs- von Nanomaterialien hat die ECHA nanospezifische
dossiers. In REACH fehlten klare Vorgaben zu den Anhänge zu ihren Leitlinien veröffentlicht71.
Datenanforderungen und der Stoffsicherheitsbe-
wertung für nanoskalige Formen von Stoffen. Im Im Juni 2020 wurden Anpassungen des Anhangs II
Sinne der Rechtsklarheit, der Gleichbehandlung der REACH Verordnung im Amtsblatt veröffentlicht72,
und zur Erfüllung des Vorsorgeprinzips wurde es die eine transparente Darstellung von Nanoformen in
erforderlich, die Anforderungen an Nanomaterialien den Sicherheitsdatenblättern ermöglichen. Danach
in REACH eindeutig festzulegen. Diese Anpassung ist ab dem 01.01.2021 im Sicherheitsdatenblatt
verringert auch die für Nanomaterialien bestehenden anzugeben, ob und zu welchen Nanoformen die
Herausforderungen bei der Anwendung der REACH- angegebenen Sicherheitsinformationen zuzuordnen
Instrumente wie Dossierbewertung, Stoffbewertung sind. Die Partikeleigenschaften, die die Nanoform(en)
oder Sicherheitsdatenblatt deutlich. charakterisieren, müssen ebenso hinterlegt werden.
Für diese neuen Verpflichtungen gilt eine Übergangs-
Regulierungsansätze für Nanomaterialien wurden frist bis 31.12.2022.
bereits von den Umweltverbänden Client Earth, CIEL
und BUND im November 201266 sowie der Schwedi- Bereits vor der Anpassung der REACH Anhänge an
schen Chemikalienagentur (KemI) im April 201367 Nanomaterialien gab es Hinweise bzw. Erkenntnisse,
veröffentlicht. Ein Konzept wie Nanomaterialien dass es sich bei verschiedenen registrierten Stoffen
speziell unter REACH reguliert werden sollten, wurde um Nanomaterialien handelt bzw. der Stoff auch
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