Koolstofnanobuisjes blijven jarenlang aan materialen vastzitten, terwijl titaniumdioxide en nanozink snel uit cosmetica worden gewassen en zich ophopen in de grond. Binnen het Nationaal Onderzoeksprogramma "Opportunities and Risks of Nanomaterials" (NRP 64) heeft een team onder leiding van Empa-wetenschapper Bernd Nowack een nieuw model ontwikkeld om de stroom van de belangrijkste nanomaterialen in het milieu te volgen.

Hoeveel door de mens gemaakte nanodeeltjes vinden hun weg in de lucht, aarde of water? Om deze bedragen te beoordelen, een groep onderzoekers onder leiding van Bernd Nowack van Empa, de Zwitserse federale laboratoria voor materiaalwetenschap en -technologie, heeft een computermodel ontwikkeld als onderdeel van het Nationaal Onderzoeksprogramma "Kansen en Risico's van Nanomaterialen" (NHP 64). "Onze schattingen bieden momenteel de best beschikbare gegevens over de accumulatie van nanozilver in het milieu, nanozink, nano-tinaniumdioxide en koolstofnanobuizen", zegt Nowack.

In tegenstelling tot de tot nu toe gebruikte statische berekeningen, hun nieuwe, dynamisch model houdt niet alleen rekening met de aanzienlijke groei in de productie en het gebruik van nanomaterialen, maar voorziet ook in het feit dat verschillende nanomaterialen in verschillende toepassingen worden gebruikt. Bijvoorbeeld, nanozink en nanotitaniumdioxide komen vooral voor in cosmetica. Ongeveer de helft van deze nanodeeltjes komt binnen een jaar in ons afvalwater terecht, en van daaruit komen ze in het zuiveringsslib terecht. Koolstof nanobuisjes, echter, zijn geïntegreerd in composietmaterialen en worden gebonden in producten zoals die geïmmobiliseerd zijn en dus bijvoorbeeld voorkomen in tennisrackets en fietsframes. Het kan meer dan tien jaar duren voordat ze worden vrijgegeven, wanneer deze producten in de afvalverbranding belanden of worden gerecycled.

39, 000 ton nanodeeltjes

De onderzoekers die betrokken zijn bij dit onderzoek komen uit Empa, ETH Zürich en de Universiteit van Zürich. Ze gebruiken een geschatte jaarlijkse productie van nanotitaniumdioxide in heel Europa van 39, 000 ton – aanzienlijk meer dan het totaal voor alle andere nanomaterialen. Hun model berekent hoeveel hiervan in de atmosfeer terechtkomt, oppervlaktewateren, sedimenten en de aarde, en stapelt zich daar op. In de EU, het gebruik van zuiveringsslib als meststof (een praktijk die in Zwitserland verboden is) betekent dat nanotitaniumdioxide tegenwoordig een gemiddelde concentratie van 61 microgram per kilo bereikt in aangetaste bodems.

Het kennen van de mate van accumulatie in het milieu is slechts de eerste stap in de risicobeoordeling van nanomaterialen, echter. Nu moeten deze gegevens worden vergeleken met resultaten van ecotoxicologische tests en de wettelijke drempels, zegt Nowack. Met zijn nieuwe model is tot nu toe geen risicobeoordeling uitgevoerd. Eerder werk met gegevens uit een statisch model toonde aan, echter, dat de vastgestelde concentraties voor alle vier de onderzochte nanomaterialen naar verwachting geen gevolgen hebben voor het milieu.

Maar in het geval van nanozink tenminste, de concentratie ervan in het milieu nadert het kritieke niveau. Dit is de reden waarom dit specifieke nanomateriaal prioriteit moet krijgen in toekomstige ecotoxicologische studies, ook al wordt nanozink in kleinere hoeveelheden geproduceerd dan nanotitaniumdioxide. Verder, ecotoxicologische testen zijn tot nu toe vooral uitgevoerd met zoetwaterorganismen. De onderzoekers concluderen dat aanvullend onderzoek met bodembewonende organismen prioriteit heeft.