Sind Klär- und Verbrennungsanlagen Quellen künstlicher Nanopartikel? - Schweizer Sonderabfalltag vom 8. Juni 2021
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Schweizer Sonderabfalltag vom 8. Juni 2021
Sind Klär- und Verbrennungsanlagen
Quellen künstlicher Nanopartikel?
Ralf Kaegi
ralf.kaegi@eawag.ch
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Nanotechnologie: Eine (subjektive) Zeitreise
Richard Phillips Feynman …begründet den Begriff der ’Nanotechnologie’
(1959:”There is plenty of room at the bottom”)
Engines of Creation: The Coming Era of
Nanotechnology: Visionen über molekulare
Nanotechnologie (K. Eric Drexler in 1986.)
Prey (2002, Michael Crichton) basiert auf
Nanoroboter die die Menschheit bedrohen.
Thematisiert, Nano-technologie, Gentechnik und
künstliche Intelligenz.
Prinz Charles macht sich Sorgen um den ‘grey
goo’ (2003).
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Nanopartikel: 1 – 100 nm
Die Vorsilbe „nano“ leitet
sich aus dem griechischen
„nanos“ für „Zwerg“ oder http://ideal-concept.net/
• 50 Mal kleiner als ein Virus
„zwergenhaft“ ab.
• 1000 Mal kleiner als eine Bakterie
• 70‘000 Mal kleiner als der Durchmesser eines Haares
• 200‘000 Mal kleiner als eine Milbe
• 10‘000‘000 Mal kleiner als eine Ameise
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Hintergrund: Das Vorsorgeprinzip
Wiesner, M. R., Lowry, G. V., Alvarez, P.,
Dionysiou, D., and Biswas, P. 2006:
Roco, M. C. and Bainbridge, W. S. 2005: Societal implications of Assessing the risks of manufactured
nanoscience and nanotechnology: Maximizing human benefit. Journal of nanomaterials. Environmental Science
Nanoparticle Research, 7(1), 1–13. & Technology, 40(14), 4336–4345.
Dies führte zu umfassenden Studien zur (Eco) Toxizität von
künstlichen Nanomaterialien (v.a. Silber)... mit oft eher
düsteren Zukunftszenarien ... Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Künstliche Nanomaterialien: Eine dunkle Zukunft…
5 0 n m
Kläranlage
Hemmung der Nitrifikation (%)
Choi et al. Water research 2008; 42:3066–3074
Silberkonzentration, mg/L
Resultate sind korrekt, können aber nicht auf Kläranlagen übertragen werden
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Klassifikation der Nanopartikel
Natürliche NP ‘Ungewollte’ NP Synthetische NP
Tonminerale Dieselruss Nano-TiO2
Eisenkolloide Kerzenruss Nano-Silber
Russ (Waldbrand) Zigarettenrauch C-Nanoröhrchen
50 nm
1 0 0 n m
2 0 0 n m
Schweizer Sonderabfalltag
5µm
8. Juni 2021
Nano im Alltag
Textilien
Reinigungsmittel Biozide
(Silber) Kosmetikprodukte (divers) (Silber)
(Zinkoxid, Titandioxid, Silber)
Lebensmittelverpackungen
«Selbstreinigende»
(divers)
Wandfarben/-beschichtungen
(«Lotus-Effekt», Titandioxid) Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Mögliche Wege der
Nanopartikel in die Umwelt
Abfallwirtschaft
Nanopartikel in Produkten
Fertigung und Gebrauch
Recyl.
machen also eine lange Reise.
Synth. ARA MVA Deponie
Inwiefern dabei Nanopartikel in
die Umwelt gelangen und zu
einem Risiko werden, muss für
??? jede Station im Lebenszyklus
Prod. ? ermittelt werden.
Modifiziert nach T. Y. Sun, F. Gottschalk, K. Hungerbühler, B.
Nowack, Comprehensive probabilistic modelling of
Gebrauch environmental emissions of engineered nanomaterials.
Luft Boden Wasser Sedim. Environmental Pollution. 185, 69–76 (2014).
Umwelt Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Wie können wir die Freisetzung simulieren
Labor Pilot Feld
Umweltrelevanz
Prozessverständnis
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021
Silber (Ag): Transport und Veränderung in der
Kanalisation
Ag-NP P1 P2 P3
15’ 1h 1h
0.8 g Ag-NP in 15 l dest. H2O, tZugabe = 30 s, Vww = 30 l/s,
O2(Zugabe) = 6 mg/l, O2(P2) < 1 mg/l
500 m 2.4 km 5 km
5 0 n m
Kaegi, R., Voegelin, A., Ort, C., Sinnet, B., Thalmann, B., Krismer, J., Hagendorfer, H.,
Elumelu, M., and Mueller, E. (2013) Fate and transformation of silver nanoparticles Schweizer Sonderabfalltag
in urban wastewater systems. Water research, 47(12), 3866–3877. 8. Juni 2021Silber im Abwasserkanal: Transport
400
500m
101 %
Ag concentration (µg/l)
2400m
300 0.8g Silber zugegeben 5000m
An allen 3 Standorten
konnte das Silber
200 109 % wiedergefunden werden.
107 %
100
0
0 2000 4000 6000 8000 10000
time [s] Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Silber im Abwasserkanal: Transport
Transmissionselektronenmikroskop
Die Silber-NP werden
während des
Transports in der
Ag
Kanalisation in Ag2S
200
umgewandelt.
150
counts
S
100
50
0
2 2.5 3 3.5 4
energy [keV]
Schweizer Sonderabfalltag
Elementanalyse
8. Juni 2021Schlüsselpunkte
Silber-NP werden in der Kanalisation effizient
transportiert und der ARA zugeführt.
Die Silber-NP haften an anderen Partikeln
Die Silber-NP wandeln sich (teilweise) in
Silbersulfide (Ag2S) um (Sulfidisierung)
Die Toxizität wird stark reduziert
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Kupfer (Cu): Veränderung in der Kläranlage und
während der Verbrennung
CuO-NP verändern
Laborexperimente
sich chemisch und
morphologisch
HAADF
40 nm
SE
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Kupfer-NP: Pilotexperimente
Dosierung von Cu-NP in den Faulschlamm Verbrennung des Faulschlamms
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Kupfer-(NP): In der Asche ist alles gleich
Schlamm Asche
CuO-NP
Anteile
CuO-NP können in der
Asche nicht mehr
nachgewiesen werden
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Schlüsselpunkte
CuO-NP werden in der Faulung und in
der Verbrennung effizient in andere
Cu-Formen umgewandelt.
In der Asche kann nicht mehr erkannt
werden in welche Form Cu in die
Kläranlage gelangt ist.
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Schlussfolgerungen
5 0 n m
Geklärtes Abwasser
ARA Pyrolyse
Kohle
Verbrennung Deponien Landw. Böden
Asche
Ag, CuO, ZnO, TiO2, CeO2: Die Nanopartikel werden in der
Abfallbehandlung in anderen Formen umgewandelt und
können in der Umwelt kaum noch nachgewiesen werden.
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Mit bestem Dank an
Basil Thalmann Alex Gogos Brian Sinnet
Christoph Meier Jonas Wielinski
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Schlussfolgerungen
5 0 n m
Geklärtes Abwasser
ARA Pyrolyse
Kohle
Verbrennung Deponien Landw. Böden
Asche
Ag, CuO, ZnO, TiO2, CeO2: Die Nanopartikel werden in der
Abfallbehandlung in anderen Formen umgewandelt und
können in der Umwelt kaum noch nachgewiesen werden.
Schweizer Sonderabfalltag
8. Juni 2021Sie können auch lesen
