Wie werden innovative Materialien (z. B. Nanomaterialien) nach ihrer Freisetzung transportiert?

Innovative Materialien und Nanomaterialien können aus verschiedenen Quellen freigesetzt werden, in die Umwelt gelangen und dort mit dem Menschen, Umweltorganismen und Pflanzen in Kontakt kommen. Nach Schätzungen sind weniger als 0,1 Promille der partikulären Fracht technisch hergestellte Materialien, der überwiegende Teil ist natürlichen Ursprungs, z.B. Staub oder Pollen. Das entspricht mengenmäßig weniger als einer „Erbse“ in einem olympischen Schwimmbecken.

Die geschätzte Menge an technisch hergestellten Nanomaterialien, die pro Jahr in die Umwelt gelangen, wird auf ungefähr 300.000 Tonnen beziffert. Für innovative Materialien sind aufgrund der Materialvielfalt keine Angaben möglich. Bei den Nanomaterialien handelt es sich hauptsächlich um Metalle oder Metalloxid-Verbindungen (z.B. Titandioxid oder Eisen). Nach ihrer Freisetzung können die Nanomaterialien je nach Herkunft in Luft, Wasser und Boden auf verschiedene Weise transportiert und verteilt werden. Abhängig von der jeweiligen Umgebung variieren Verweildauer, Mobilität und Reaktivität der Nanomaterialien. Die Nanomaterialien können sich auflösen, in andere Verbindungen umgewandelt werden oder sich zusammenlagern und größere Partikel bilden.

 

Luft

Einmal in der Luft verbleibt die Nanofraktion von Stäuben aufgrund ihres geringen Gewichtes Stunden bis Wochen in der Atmosphäre und wird durch den Wind verbreitet. Die Nanopartikel verhalten sich in der Luft genauso wie natürliche Partikel, z.B. Pollen oder Saharastaub. Das bedeutet, dass sie sich mit anderen Teilchen zusammenlagern und so größere Partikel bilden können. Aus der Luft können Partikel bis zu einer Größe von 10 µm (die sogenannte PM10-Fraktion) von Mensch und Tier eingeatmet werden. Allerdings gelangen nur kleinere Partikel bis in das tiefe Lungengewebe (< 3 µm) und können so auch in den Körper gelangen (siehe dazu auch „Wie werden innovative Materialien bzw. Nanomaterialien aufgenommen?„). Partikel in der Luft können durch Niederschläge aus der Atmosphäre ausgewaschen werden oder lagern sich im Boden ab bzw. an Oberflächen von z. B. Pflanzen an. Größere Partikel sinken dagegen schnell ab und gelangen direkt in Boden oder Gewässer. Ein Großteil der Nanomaterialien gelangt so über die Flüsse in die Weltmeere, ein geringerer Anteil verbleibt im Boden.

 

Wasser

Generell können aus innovativen Materialien freigesetzte Partikel (z.B. technisch hergestellte Nanomaterialien) in Binnengewässern und Meeren mit der Strömung über weite Strecken transportiert werden. Ihr Verhalten im Wasser variiert je nach Material und Partikelgröße. Sie lösen sich im Wasser auf, verbleiben im Wasser oder lagern sich mit anderen Partikeln zusammen und setzen sich dann am Boden des Gewässers ab. Die Mehrheit der in Abwässern angereicherten Partikel wird im Klärwerk zwar abgetrennt, nicht abtrennbare Nanoteilchen können trotzdem über das geklärte Abwasser in Binnengewässer gelangen.

 

Boden

In Böden sind die meisten Partikel wie technisch hergestellten Nanomaterialien oder die Bruchstücke von Geotextilien (z. B. Folienverbundsysteme Ackerbau) nur wenig mobil und es findet nur ein geringer Transport in die Tiefe statt. Unlösliche Partikel oder Bruchstücke können sich dadurch im Boden anreichern, mit anderen Stoffen zusammenlagern oder aber sich auflösen. Aus technisch hergestellten Nanomaterialien freigesetzte Ionen sind mobil und können mit dem Regenwasser ausgewaschen werden. Dies trifft auch für Nanomaterialien im Sediment von Flüssen und Seen zu, welche kaum wandern und am Ort der Ablagerung verbleiben.