Designkriterien für nachhaltige Nanomaterialien (DENANA)

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.10.2014

Projektende: 30.09.2017

Projektstand: 21.03.2018

Projektziele BGR:

Die Untersuchungen sollen eine präzisere Risikoabschätzung hinsichtlich der Mobilität von künstlich hergestellten Nanopartikeln (NP) und Nanomaterialien (NM) in den Pfaden Boden - Pflanze und Boden - Grundwasser ermöglichen. Retentionsmechanismen von Silber-Nanopartikeln (Ag-NP) und Cerdioxid-Nanomaterialien (CeO₂-NM) im Boden wurden analysiert, aufgeklärt und entsprechende Retentionsparameter für eine Mobilitätsmodellierung zur Verfügung gestellt. Dies leistet einen wichtigen Beitrag für eine ganzheitliche Risikoabschätzung, die aus der Summe der Ergebnisse aller Projektpartner abgeleitet werden soll.

Nutzen:

Information von Wirtschaft, Politik und Verbrauchern, Aufbau einer Datengrundlage für die Risikoabschätzung

Zielgruppen:

Wirtschaft, Politik, Behörden und Verbraucher

Quelle: BGR

Kurzzusammenfassung:

Aufgrund des zunehmenden kommerziellen Einsatzes von NM kommt es verstärkt zu deren Freisetzung in die Umwelt. In dem Projekt DENANA wurden CeO₂-NM und Ag-NP in verschiedenen kurz- und mittelfristigen Versuchen mit Bodensäulen und in langfristigen Lysimeterversuchen untersucht. Die Analytik der Pflanzen-, Boden- und Sickerwasserproben erfolgte nach Aufschluss mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS). Als Pulver applizierte CeO₂-NM verblieben relativ immobil in geschütteten Bodensäulen (Ce-Freisetzung <1,1 %). Hingegen konnte ein deutlicher Ag-NP-Durchbruch in strukturierten Bodensäulen nachgewiesen werden. Die Lysimeterversuche zeigten, dass der Großteil der Ag-NP und der CeO₂-NM immobil in der Bodentiefe verbleiben, in die sie eingebracht wurden. Demnach sind Böden als deutliche Senke für beide Partikel anzusehen. Für Ag-NP und CeO₂-NM wurde eine geringfügige Wurzelaufnahme festgestellt. Dies impliziert, dass die Partikel im Boden nicht vollständig immobilisiert werden. Die unterschiedlichen Ergebnisse aus Experimenten von unterschiedlichem Design (ungestörte Säule vs. Lysimeter) zeigen, dass der Versuchsaufbau (Art der Applikation, Dauer, experimentelles Design) die NM-Mobilität mitbestimmt.

Endbericht zum Download.

Ausblick:

Die Freilandlysimeterversuche für Ag-NP und die damit verbundene Analytik von Sickerwasser, Pflanzenmaterial und Boden werden für weitere zwei Jahre fortgeführt. Dadurch kann mit vergleichsweise geringem Aufwand die Informationsbasis erweitert und ein Langzeittrend verfolgt werden. Gleichzeitig dienen die natürlichen Proben auch der Methodenentwicklung wie einer verbesserten NM-Speziierung durch eine Feldflussfraktionierung in Kombination mit ICP-MS-Messungen. Da die AbfKlärV nach drei Jahren eine erneute Düngung mit Klärschlamm erlaubt, wird die Auswirkung einer wiederholten Klärschlammausbringung auf die Ag-Mobilität ebenfalls untersucht. Damit wird ein einzigartiger Datenpool zum Langzeitverbleib und zur Langzeitwirkung von Silber-Nanopartikeln zur Verfügung gestellt, der für eine ganzheitliche Risikoabschätzung wichtig ist.

Weiterführende Informationen über Nanopartikel:

Homepage des Verbundvorhabens DENANA

Kolloidale Stabilität und Retention von Ag ENP in Böden (Teilvorhaben des BMBF-Verbundvorhabens UMSICHT)

Abschätzung der Umweltgefährdung durch Silber-Nanomaterialien (UMSICHT)

Wissensplattform Nanopartikel (DaNa)

Literatur:

Hoppe, M., Wargenau, E., Lamparter, A., Stange, C. F., Fries, E., Königer, P., Kaufhold, S., Schlich, K., Hund-Rinke, K., Köser, J., Pokhrel, S., Mädler, L. und Rückamp, D. (2018): Untersuchungen zum Verbleib von Silber-Nanopartikeln und Cerdioxid-Nanomaterialien in Böden. Endbericht (Teilprojekt des BMBF-Verbundvorhabens „Designkriterien für nachhaltige Nanomaterialien - DENANA“).

Köser, J., Engelke, M., Hoppe, M., Nogowski, A., Filser, J. and Thoming, J. (2017): Predictability of silver nanoparticle speciation and toxicity in ecotoxicological media. Environ. Sci.: Nano, The Royal Society of Chemistry, 4, 1470-1483.

Schlich, K., Hoppe, M., Kraas, M., Fries, E. and Hund-Rinke, K. (2017): Ecotoxicity and fate of a silver nanomaterial in an outdoor lysimeter study. Ecotoxicology, 26, 738-751.

Hoppe, M., Mikutta, R., Kaufhold, S., Utermann, J., Duijnisveld, W., Wargenau, E., Fries, E. and Guggenberger, G. (2016): Retention of sterically and electrosterically stabilized silver nanoparticles by soil minerals. European Journal of Soil Science, 67, 573-582.

Hoppe, M. 2016. Fate of silver nanoparticles in soil. Doktorarbeit, Institut für Bodenkunde, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Hannover.

Hoppe, M., Mikutta, R., Utermann, J., Duijnisveld, W., Kaufhold, S., Stange, C. F. & Guggenberger, G. 2015: Remobilization of sterically stabilized silver nanoparticles from farmland soils de-termined by column leaching. European Journal of Soil Science, 66, 898-909.

Hoppe, M., Mikutta, R., Utermann, J., Duijnisveld, W. and Guggenberger, G. (2014): Retention of sterically and electrosterically stabilized silver nanoparticles in soils. Environmental Science and Technology.

Hoppe, M., Utermann, J., Guggenberger, G., Mikutta, R. und Duijnisveld, W. (2014): Untersuchungen zur kolloidalen Stabilität und Retention von Silbernanopartikeln in Böden. Endbericht (Teilprojekt des BMBF-Verbundvorhabens „UMSICHT“).

Partner:

Universität Bremen, Allgemeine und Theoretische Ökologie

Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und angewandte Ökologie

Förderung:

Förderung durch Projektträger Jülich im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (01.11.14 - 30.09.17).