Projektbeschreibung

gefördert vom:

BMBF

Partner:

FHG ICT

KIT

UKF

Palas

Vitrocell

LAUS

Pallmann

„Analyse und toxikologische Bewertung von Stäuben aus
Recycling- und Verwertungsprozessen von Nanocomposites und Strategien zur Gefährdungsminimierung - ProCycle“


Durch die steigende Nachfrage nach modernen Kunststoffwerkstoffen mit besonderen Eigenschaften werden heute immer häufiger Nanopartikel eingearbeitet. So können diese als Nanocomposite bezeichneten Materialien mit Eigenschaften wie beispielsweise einer speziellen Farbe, einer hohen Festigkeit oder einer antibakteriellen Wirkung ausgestattet werden. Beim Recycling dieser Kunststoffe werden diese in einem ersten Schritt zerkleinert, wobei häufig sehr feine Kunststoff-Stäube entstehen. Diese Stäube bestehen aus kleinen Kunststoffteilchen von wenigen Mikrometern, deren Größe vergleichbar mit menschlichen Zellen ist. Die kleinen Kunststoff-Teilchen können an den Bruchstellen die eingearbeiteten Nanopartikel zeigen. Daher stellt sich die Frage, welche Auswirkungen die exponierten Nanopartikel auf Mensch und Umwelt haben.

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Elektronenmikroskopischer Nachweis der Aufnahme von synthetischen Partikeln in menschliche Lungenzellen (Koenczoel et al. 2011).
Das Projekt ProCycle untersucht eine mögliche Schadwirkung von
frei zugänglichen Nanopartikeln an den erzeugten Bruchstellen des Kunststoffes auf menschliche und tierische Zellen und stellt sich demnach die Frage, ob von diesen Stäuben besondere Gefahren beispielsweise beim Einatmen ausgehen.
Dazu wird der Zerkleinerungsschritt, der vor jedem Recycling von derartigen Kunststoffen steht, nachgebildet und die entstehenden feinen Stäube charakterisiert. Für die Bewertung der Auswirkungen solcher Stäube auf menschliche Zellen wird in dem Projekt ein besonderes Verfahren entwickelt, um Effekte auf die menschliche Lungengewebe zu simulieren. Dazu wird eine Technik eingesetzt, mit der menschliche Zellen und Gewebe wie in der Lunge mit staubbelasteter Luft angeströmt werden können. Danach werden mögliche toxische und entzündliche Reaktionen auf den menschlichen Körper durch Experimente und Messverfahren erforscht. Ferner werden Auswirkungen auf die Genomstabilität untersucht; Veränderungen gelten als ein Indiz für die mögliche Entstehung von Krebs.

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Untersuchung von DNA-Schäden in menschlichen Zellen nach Exposition mit Nanopartikeln (IUK Freiburg).

Um die Auswirkung dieser Staubteilchen auf die Umwelt beurteilen zu können, werden diese mit im Wasser lebenden Mikroorganismen, die am Anfang der Nahrungskette der im Wasser lebenden Tiere stehen, untersucht. Auch hierfür werden spezielle Verfahren entwickelt, um die Aufnahme und Auswirkung dieser Staubteilchen auf wässrige Ökosysteme beurteilen zu können. Im Anschluss an die Untersuchungen werden Empfehlungen und Messmethoden stehen, die eine Einordnung von Nanocompositen bezüglich ihrer Wirkung auf Mensch und Umwelt ermöglichen und bei zukünftig nötigen Zulassungsverfahren solcher Werkstoffe eine zuverlässige Einstufung hinsichtlich ihres Gefahrenpotenzials auf Mensch und Umwelt speziell beim Recycling treffen zu können. Dies kann bereits bei der Entwicklung und Herstellung dieser Werkstoffe einen wichtigen Beitrag zur Gefährdungsminimierung leisten.

Die Aufgabenverteilung und Zuordnung der Partner zu den Teilschritten der Wertschöpfungskette von der Analyse und Bewertung von bei Zerkleinerungsprozessen anfallenden Prozessstäuben bis hin zur Erarbeitung von gezielten Strategien zur Vermeidung oder Minderung deren human- oder umwelttoxikologischen Auswirkungen durch Änderung der Herstellungsparameter der Nanocomposite ist in Abbildung 1 dargestellt:

Abbildung 1: Darstellung der wissenschaftlich-technischen Arbeitspakete und der jeweils beteiligten Partner