Nanotechnik

Forschung für eine Welt ohne Feinstaub

Millionen Drucker und Kopierer tun Tag für Tag ihre Pflicht. Doch neben Tonnen von bedrucktem Papier, stellen sie noch ein unsichtbares Nebenprodukt her: Feinstaub. Welche Gefahr von den Partikeln ausgeht, ist noch immer nicht klar. Weltweit suchen Forscher nach Lösungen, um die Nanotechnik sicherer zu machen.

Foto: ddp / DDP

Welche Gefahr von den Partikeln ausgeht, deren Größe zwischen zehn und 1000 Nanometern (milliardstel Meter) liegt, ist noch immer nicht klar. Fest steht, dass sie längst nicht nur im Büro vorkommen: So beträgt ihre Konzentration etwa eine Million Teilchen pro Kubikzentimeter in einem Raucherraum beziehungsweise 100 000 Partikel pro Kubikzentimeter an viel befahrenen Straßen. "Es ist erwiesen, dass das Einatmen von Feinstaub negativ auf den Gesundheitszustand des Menschen wirkt", erklärt das Umweltbundesamt in Dessau (UBA).

Vor diesem Hintergrund unternehmen deutsche Hersteller von Nanomaterialien wie die Chemieunternehmen BASF und Evonik Industries große Anstrengungen, um Produktionsverfahren und Anwendung sicher zu machen. Grundsätzlich kommen zur Partikelsynthese verschiedene Flüssig- und Gasphasensynthesen ebenso wie Mahlverfahren zum Einsatz. Bei Evonik werden insbesondere Fällungsprozesse und Flammenreaktionen genutzt.

In allen Fällen gilt: Da nur freie Nanopartikel gefährlich sein könnten, erfolgen Herstellung und Abfüllung von nanoskaligen Materialien, häufig Metalloxiden, zum Schutz von Umwelt und Mitarbeitern in geschlossenen Anlagen. Eine Neuentwicklung, die derzeit im Technikum im Chemiepark Hanau-Wolfgang erprobt wird, ist die Herstellung von nanoskaligem Zinkoxid in einem Verdampfungsreaktor. Feinste Zinkoxidpartikel werden heute unter anderem zur Produktion besonders effektiver Sonnencremes mit hohem Lichtschutzfaktor verwendet. "Ein wichtiger Fortschritt bei diesem Prozess ist die Energieeinsparung in der Größenordnung von 15 bis 20 Prozent", erklärt Stepan Katusic, der das Verfahren für Evonik entwickelt hat.

Auch die BASF hat eine innovative integrierte Prozesstechnologie für die Produktion von Nanomaterial etabliert. Dabei geht es um die Erzeugung von anorganischen und organischen Nanoteilchen in einem Heißwandreaktor, die dann direkt in die flüssige Phase überführt werden und dort stabile Emulsionen mit Nanopartikeln bilden. "In diesem Zustand kann dann eine leichte Einarbeitung in Polymere oder Feinchemikalien erfolgen", berichtet Bernd Sachweh, Gruppenleiter in der Technischen Entwicklung für Feinpartikelentwicklung und Partikelcharakterisierung der BASF. Auf diese Weise werden die Nanoteilchen direkt nach ihrer Entstehung in eine Matrix eingebunden. Die Zielsetzung bei solchen Verfahren ist zum Beispiel die Erzeugung von kratzfesten Lacken. "Mit diesem Ansatz schaffen wir es, dass das Produkt immer in einem geschlossenen System verbleibt, also keine Emissionen von Nanopartikeln entstehen können", verdeutlicht Sachweh die Vorteile der integrierten Prozesskette.

Erst kürzlich hat die britische Royal Commission on Environmental Pollution (RCEP) in ihrer Untersuchung "keine Beweise für Schäden an Gesundheit und Umwelt durch Nanomaterialien" gefunden. Allerdings warnt die Organisation dennoch vor Risiken. "Wir sind weniger besorgt über Partikelgröße oder die Herstellungsweise eines Materials, sondern vielmehr über seine Funktionsweise", schreibt die RCEP in ihrem Bericht. "Es gibt großen Bedarf für mehr Forschung an und Tests mit Nanomaterialien", resümiert Sir John Lawton, Ökologe und Vorsitzender der RCEP.

Genau um dieser Forderung Rechnung zu tragen, haben deutsche Firmen und Universitäten mit Unterstützung des Bundesforschungsministeriums das Projekt NanoCare gestartet.

"Wir müssen für alle wichtigen Materialien Studien durchführen, die die möglichen Expositionen und deren biologische Wirkungen klären", beschreibt Toxikologe Professor Harald Krug, Sprecher von NanoCare, die Aufgabe. Studien haben aber gezeigt, dass die meisten Anwendungen von Nanopartikeln diese in gebundener Form einsetzen, wie zum Beispiel in Sonnencreme. "Da ist die Gefahr viel niedriger", sagt Harald Krug.