Aufgrund der Anwendung von Titandioxid-Nanopartikeln in Alltagsprodukten wird eine verstärkte Exposition in Gewässern (also der aquatischen Umwelt) erwartet. Dabei ist beispielsweise ein Auswaschen von Partikeln aus Anstrichen/Farben denkbar, die im Außenbereich von Gebäuden verwendet werden und Wind und Regen ausgesetzt sind. Ebenso können Partikel von mit Sonnencreme behandelter Haut während des Badens oder Duschens in Oberflächen- oder Abwasser gelangen.

 

Der Nachweis von Titandioxid (TiO2) Nanopartikeln in der Umwelt gelang bisher jedoch selten. So wurde die Auswaschung von Titanidioxid-Nanopartikeln aus Fassaden, welche mit TiO2-haltigen Farben gestrichen worden waren, nachgewiesen [1]. Die Partikel gelangten durch herunter laufendes Regenwasser in Form von Aggregaten und oft eingebettet in Farbbestandteile in Oberflächen-Gewässer.

Bei der Untersuchung von Sedimentproben eines Gebietes in China gelang es, technisch hergestellte TiO2-Partikel mittels Elektronenmikroskopie nachzuweisen und diese von natürlich vorkommendem Titan abzugrenzen [2]. Gleichzeitig zeigte diese Studie, dass die Anreicherung der Sedimente mit Ti schon vor Dekaden begonnen hat, da sich auch die früher produzierten gröberen Partikel nachweisen lassen. Als Quellen der Ti-Verschmutzung wird die Einleitung von geklärtem und ungeklärtem Abwasser angenommen.

Eine Untersuchung von Abwässern aus Kläranlagen [3] ergab, dass ein Großteil aller Titanpartikel aus dem Abwasser entfernt wird, jedoch gerade die sehr kleinen (<700 nm) Teilchen im Wasser verbleiben und so wieder in Flüsse und Seen gelangen können. Die Titan-Konzentrationen im Ausstrom der Kläranlage betrugen zwischen 5 und 15 µg/l. Die meisten Titanpartikel werden während des Klärprozesses an Feststoffe gebunden und gelangen in den Klärschlamm. Dieser wiederum wird entweder auf der Mülldeponie entsorgt oder auf Felder zur Düngung ausgebracht, so dass die gröberen Titanpartikel eher in den Boden gelangen können.

Weil die TiO2-Konzentrationen in der Umwelt so gering sind, stellen sowohl die Entwicklung von Meßmethoden [4,5] als auch die Simulation der Exposition von Titandioxid-Nanopartikel in der Umwelt [6] gegenwärtig Schwerpunkte in Forschung und Entwicklung dar.

 

Mittels Computerprogrammen wurde versucht zu simulieren, wie sich Titandioxid-Nanopartikel in der Umwelt verhalten könnten. Am wahrscheinlichsten werden sie demnach in natürlichen Oberflächengewässern bzw. in ihren Sedimenten und im Klärschlamm bzw. Böden auf welche Klärschlamm ausgebracht wurde, auftreten [7,8]. Vergleicht man diese berechneten Umwelt-Konzentrationen (PEC Wert) mit für Umweltorganismen gerade nicht gefährlichen Konzentrationen (PNEC Wert), so zeigt sich, dass gegenwärtig von TiO2-Nanopartikeln Risiken für die Umwelt besonders am Ausfluss von Kläranlagen möglich sind. Für Oberflächengewässer, Böden und für die Luft ist nach derzeitigem Kenntnisstand hingegen kein Risiko zu erwarten. Wie ein solches Risiko berechnet wird, ist in der Abbildung genauer erläutert.

 

 

Risikoquotienten für TiO2 in verschiedenen Regionen

Umweltkompartiment Europa USA Schweiz
Oberflächengewässer 0,015 0,002 0,02
Kläranlagenausfluss 3,5 1,8 4,3
Luft <0,0005 <0,0005 <0,0005

 

Der Risikoquotient wird aus vorhergesagten Umweltkonzentrationen (PEC) geteilt durch die vorhergesagten Konzentrationen, die keine Effekte auf Umweltorganismen haben (PNEC), gebildet. Ist der Risikoquotient kleiner als 1, so besteht gegenwärtig kein Risiko für die Umwelt, bei Werten über 1 besteht ein Risiko und weitere Untersuchungen müssen durchgeführt werden [7].

Eine weitere Computersimulation geht davon aus, dass zukünftig die Menge an produziertem TiO2 weiter steigen wird und dass sich der Anteil an nanoskaligem TiO2 ebenfalls weiter erhöht [9]. Daraus wird abgeleitet, dass sich die Umweltkonzentrationen zukünftig erhöhen werden.

 

Generell gibt es in diesem Bereich noch große Wissenslücken, welche vor allem unzureichenden Meßmethoden und damit genauen Kenntnissen der Umweltkonzentrationen geschuldet sind. Es fehlen weitere Daten zu genauen Substanzmengen ebenso wie zum Verhalten und zur Verteilung in den 3 Umweltkompartimenten Wasser, Boden und Luft.

 

Literatur arrow down

  1. Kaegi, R et al. (2008), Environ Pollut, 156(2): 233-239.
  2. Luo, Z et al. (2011), J Environ Monit, 13(4): 1046-1052.
  3. Kiser, MA et al. (2009), Environ Sci Technol, 43(17): 6757-6763.
  4. Tiede, K et al. (2009), Water Res, 43(13): 3335-3343.
  5. Contado, C et al. (2008), Anal Chem, 80(19): 7594-7608.
  6. Gottschalk, F et al. (2010), Environ Modell Softw, 25(3): 320-332.
  7. Gottschalk, F et al. (2009), Environ Sci Technol, 43(24): 9216-9222.
  8. Mueller, NC et al. (2008), Environ Sci Technol, 42(12): 4447-4453.
  9. Robichaud, CO et al. (2009), Environ Sci Technol, 43(12): 4227-4233.

 

 

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