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Overview of hazardous substances potentially emitted from offshore industries to the marine environment - Part 1: Emissions from offshore wind industry

The report for industry and permitting authorities provides an overview of the hazardous substances that can be released into the marine environment during the installation, operation and decommissioning of offshore wind turbines, including transformer stations, converter platforms and cables. The substances relevant to operation were identified and listed. These substances were assessed for their potential risk to the aquatic environment based on the following criteria: ⁠ PBT ⁠ criteria, H-phrases for aquatic toxicity, listing on ⁠ REACH ⁠, ⁠ OSPAR ⁠, ChemSec and ECHA contaminant lists. Applications in open systems such as galvanic corrosion protection and fire extinguishing foams, but also accidents with fuels and hydraulic oils are possible sources of emissions of hazardous substances into the marine environment. Veröffentlicht in Texte | 64/2024.

Considerations about the relationship of nanomaterial’s physical-chemical properties and aquatic toxicity for the purpose of grouping

Based on the variety of existing nanomaterials with numerous modifications, the effort of investigating environmental fate and effects will be tremendous. Hence, it will be necessary to group nanomaterials which feature similar environmental fate and effects.  Therefore, the project objective was to correlate physical-chemical data with ecotoxicological effects for selected nanomaterials and to define reference values which can serve as a basis for grouping. The report presents the development of concepts for grouping of nanomaterials with regard to their ecotoxicological effects with focus on aquatic ecotoxicity. The project was structured into five steps. First, fourteen nanomaterials were selected according to pre-defined criteria. The selected NMs were different subtypes of Ag, ZnO, TiO2, CeO2 and Cu. In a second step, their physico-chemical properties were determined in water and in all test media. Based on the results hypotheses regarding the expected ecotoxicity were formulated (third step). In a fourth step, the hypotheses were verified by testing the selected NMs in three ecotoxicological tests (acute aquatic toxicity with algae, daphnia and fish embryo according to the ⁠ OECD ⁠ Test Guidelines No. 201, 202 and 236). Finally, step five consisted of the compilation of a grouping concept based on nanomaterials physico-chemical parameters which were identified as relevant for the emergence of a toxic effect in aquatic organisms. Veröffentlicht in Texte | 102/2017.

PROSOIL – Protection of soil organisms: Development of toxicity criteria for soil organisms in the framework of classification of substances and PBT assessment

The European ⁠ CLP ⁠ Regulation as well as the Globally Harmonized System (GHS) only provide criteria for aquatic toxicity with regard to environmental hazards. Legal requirements for the use of terrestrial toxicity data are missing, although data from substance regulations (pesticides, pharmaceuticals, biocides or ⁠ REACH ⁠ chemicals) are available. The goal was to develop data-based proposals for possible criteria for soil organisms. In the project, available toxicity data for soil organisms were compiled and analyzed in a comprehensive database. Based on the toxicity distributions for different organisms, sensitive toxicity ranges for organism groups were identified using various statistical methods and possible criteria and categories were defined. Substances falling into the defined categories were identified and compared to existing aquatic classifications to highlight potential consequences and benefits. The findings and analyses provide an important contribution to support current processes to develop toxicity criteria for the terrestrial environmental compartment and implement them in regulations and guidance documents. Veröffentlicht in Texte | 105/2022.

Joint effects of pharmaceuticals and chemicals regulated under REACH in wastewater treatment plant effluents

Die Umweltrisikobewertung (ERA) bezieht sich üblicherweise auf einzelne Chemikalien, während Organismen in der Umwelt einer Vielzahl verschiedener Substanzen aus unterschiedlichen Quellen gleichzeitig ausgesetzt sind. Kläranlagenabläufe stellen einen Haupteintragspfad für unbeabsichtigte Mischungen von Chemikalien dar. Die Umweltwirkungen solcher Mischungen wurden in dem vorliegenden Projekt näher untersucht. Basierend auf einer Literaturrecherche und eigenen Daten zum Vorkommen von Arzneimitteln und anderen Chemikalien in Kläranlagenabläufen wurden 20 Substanzen für das Projekt ausgewählt. Insgesamt wurden 33 Einzelsubstanzen und 24 Mischungen in chronischen Toxizitätsstudien mit Cyanobakterien, Grünalgen, der Wasserpflanze Lemna minor und dem Süßwasser-Kleinkrebs Daphnia magna untersucht. Die Ergebnisse der Mischungstests belegen, dass die aquatische Toxizität von Mischungen im Hinblick auf chronische Endpunkte mit dem Konzept der Konzentrations-Additivität mit einer weniger als dreifachen Abweichung vorhergesagt werden kann. Es wurden Hinweise für eine synergistische Interaktion zwischen den zwei Antibiotikawirkstoffen Sulfamethoxazol und Trimethoprim in Primärproduzenten gefunden, die weitere Untersuchungen notwendig erscheinen lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass ein Anteil von 50% Kläranlagenablauf (v:v) in der Testlösung die Vorhersagbarkeit der Mischungstoxizität nicht beeinträchtigt. In Bezug auf die typischerweise schwankenden Mischungskonzentrationen in Kläranlagenabläufen, zeigten die Untersuchungen, dass die Mischungsvorhersage basierend auf mittleren Konzentrationen zu einer Unterschätzung der chronischen Effekte auf die Reproduktion von D. magna führen kann, während die Annahme der maximalen Konzentrationen zu einer besseren Vorhersage führt. Umweltrisikoabschätzungen auf Einzelstoff-Ebene wurden mit denen verschiedener Mischungsszenarien verglichen, basierend auf den verschiedenen Konzepten. Ein Sicherheitsfaktor für Mischungen, der in der Einzelstoffbewertung anzuwenden wäre, und seine angemessene Größe wird diskutiert als prospektiver Ansatz zur Berücksichtigung der Risiken von unbekannten Umweltmischungen. Quelle: Forschungsbericht

PROSOIL - Protection of soil organisms: Development of toxicity criteria for soil organisms in the framework of classification of substances and PBT assessment

Die gefahrenbasierten Klassifizierungssysteme für Chemikalien, wie das Globale Harmonisierte System (GHS) sowie die europäische Verordnung zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung (CLP), basieren derzeit in Bezug auf Umweltgefahren nur auf Kriterien für die aquatische Toxizität. Es gibt keine rechtlichen Anforderungen oder Kriterien für die Verwendung von Toxizitätsdaten für Bodenorganismen in diesem Zusammenhang, obwohl Daten zur Bodentoxizität aus vielen Regulierungsbereichen (wie z.B. Pflanzenschutzmittel, Arzneimittel, Biozide oder REACH-Chemikalien) verfügbar sind. Es wurde bisher davon ausgegangen, dass die Kriterien für Wasserorganismen konservativ genug sind, um über die Gefahren für terrestrische (und Boden-) Kompartimente im Rahmen der CLP-Verordnung zu informieren und einen ausreichenden Schutz der dort lebenden Organismen zu gewährleisten. Exposition, Aufnahme und Toxizität von Chemikalien gegenüber terrestrischen und aquatischen Standardtestorganismen und -systemen ist jedoch sehr unterschiedlich. Im Rahmen des PROSOIL-Projekts wurde eine umfassende harmonisierte Datenbank mit Ökotoxizitätsdaten für verschiedene Bodenorganismen aus vier internationalen Datenbanken erstellt (zum ersten Mal in einer derart umfassenden Form), um Toxizitätsschwellenwerte für terrestrische Organismen, klassifiziert in fünf Kriterien-Gruppen, abzuleiten. Basierend auf der Bodenökotoxizitätsdatenbank prosoildat wurden Boden-Toxizitätskriterien abgeleitet, betroffene Substanzen identifiziert und in Kandidatenlisten zusammengefasst. Nach umfangreichen Datenverarbeitungsschritten zur Harmonisierung, Standardisierung und Qualitätssicherung erfolgten weitere Analysen für fünf definierte kohärente Kriterien-Gruppen, auf Grundlage von u.a. Testarten und Testexpositionsdauern (Pflanzen akut, Pflanzen chronisch, Bodenmakroorganismen akut, Bodenmakroorganismen chronisch, Bodenmikroorganismen chronisch). Nach Anwendung strenger Qualitätskriterien auf die Daten standen 125.000 Datensätze in der PROSOIL-Datenbank für Analysen zur Verfügung, die 3.700 Substanzen und 2.700 Testarten abdecken. Die Toxizitätsschwellenwerte wurden mit Hilfe von drei verschiedenen statistischen Methoden (geometrisches Mittel / Quantil / Nullhypothesen-Signifikanztest) ermittelt. Die Chemikalien, deren Effektwert unter die festgelegten Schwellenwerte fiel, wurden als sehr toxisch ("very toxic"), toxisch ("toxic") und gefährlich ("harmful") für die terrestrische Umwelt eingestuft. Mit der Anwendung dieser Schwellenwerte auf die Daten in der PROSOIL-Datenbank wurden Listen von Kandidatenstoffen für jede der fünf Gruppen erstellt. Die Stoffe der Kandidatenlisten wurden abschließend mit den entsprechenden aquatischen Einstufungen verglichen, die im europäischen CLP-Inventar festgelegt sind. Das wichtigste Ergebnis dieser Analyse war, dass ein erheblicher Teil der untersuchten Stoffe eine Einstufung gemäß der angewendeten PROSOIL Kriterien erhielt, aber nicht von der bestehenden aquatischen Klassifizierung unter CLP abgedeckt war. Folglich werden die Umweltgefahren von Chemikalien auf der Grundlage des bestehenden Klassifizierungssystems für Wasserorganismen bei Weitem unterschätzt. Quelle: Forschungsbericht

Establishment of a concept for comparative risk assessment of plant protection products with special focus on the risks to the environment

Die EU Verordnung 1107/2009 führt das Substitutionsprinzip für die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln ein, die Wirkstoffe enthalten, die als Substitutionskandidaten identifiziert wurden. Für dieses neue rechtliche Verfahren werden Wirkstoffe auf Kommissionsebene als Substitutionskandidaten gekennzeichnet, wenn sie bestimmte Kriterien hinsichtlich der Gefährdung der menschlichen Gesundheit oder der Umwelt erfüllen. Nachfolgend ist auf Ebene der Mitgliedstaaten eine vergleichende Risikobewertung für Präparate vorzunehmen, falls für ein Produkt eine Zulassung beantragt wird, welches einen solchen Substitutionskandidaten enthält. Fast ein Viertel der gegenwärtig in der EU zugelassenen Wirkstoffe könnten als Substitutionskandidaten gekennzeichnet werden, und viele davon werden aufgrund ihrer Persistenz, Bioakkumulation oder aquatischen Toxizität eine Kennzeichnung erfahren. Für Pflanzenschutzmittel, die gegenwärtig in Deutschland zugelassen sind, ist zu erwarten, dass rund ein Drittel der Präparate in die Kategorie fallen würde, für die bei einer Neuzulassung eine vergleichende Bewertung mit Alternativprodukten erforderlich werden könnte. Für rund 40% aller betroffenen Anwendungsgebiete existieren Alternativprodukte die keine Substitutionskandidaten enthalten, und alle Produkte mit Substitutionskandidaten weisen mindestens ein Anwendungsgebiet auf, in dem eine potentielle Alternative vorhanden ist. Die vergleichende Umweltrisikobewertung von Pflanzenschutzmitteln kann daher absehbar einen wesentlichen zusätzlichen Aufwand im Zulassungsprozess bewirken. Für die Durchführung einer vergleichenden Umweltrisikobewertung wird aus diesem Projekt heraus ein Satz von generischen Kriterien vorgeschlagen, die die rechtliche Bezugsgröße umsetzt, wonach ein Faktor von mindestens 10 für das Toxizitäts-/Expositions-Verhältnis als ein signifikanter Risikounterschied aufzufassen sei. Wir schlagen weiterhin vor, Risikovergleiche für alle unterschiedlichen Endpunkte vorzunehmen, die gegenwärtig in der Umweltrisikobewertung verwendet werden, und keinem Substitutionskandidaten die Zulassung zu verweigern, falls sich für das Alternativprodukt eine signifikante Risikoerhöhung in irgendeinem anderen Risikoendpunkt zeigt. Für zehn Fallstudien konnte dargelegt werden, dass mit Hilfe der verfügbaren zusammenfassenden nationalen Bewertungsberichte eine vergleichende Risikobewertung auf der Basis der vorgeschlagenen Prinzipien prinzipiell vorgenommen werden kann. Allerdings können bei Risikowerten, die nur als Grenzwertangaben vorliegen, beim Risikovergleich uneindeutige Befunde erzeugt werden. Um die bevorstehenden vergleichenden Bewertungen möglichst effizient vornehmen zu können, wäre es aus Ressourcensicht besonders lohnend, Risikomaße wie TER- oder HQ-Werte elektronisch zugänglich zu machen. Wir schlagen daher vor, die Etablierung von elektronischen Datenbasen vorzusehen, Bewertungsprozeduren zu harmonisieren und Konsens über Entscheidungsregeln herzustellen.<BR>Quelle: Forschungsbericht

Considerations about the relationship of nanomaterial´s physical-chemical properties and aquatic toxicity for the purpose of grouping

Projektziel war die Entwicklung eines Konzeptes, um Nanomaterialien (NM) hinsichtlich ihrer Ökotoxizitat für Algen, Daphnien, und den Fischembryo zu gruppieren. Dabei wurden fünf Arbeitsschritte durchlaufen: (i) Auswahl von insgesamt 14 NM, die sich auf die Materialtypen Ag, ZnO, TiO2, CeO2, und Cu aufteilten; (ii) umfassende physikalischĄ-chemische Charakterisierung aller Materialien in Wasser und den drei Testmedien; (iii) Entwicklung von Hypothesen zur erwarteten Ökotoxizitat; (iv) ökotoxikologische Testung aller NM in den drei ausgewählten Testsystemen; (v) Erprobung verschiedener Gruppierungsänsatze auf Basis der physikalischĄ-chemischen Parameter (PCParameter), die als relevant für die aquatische Ökotoxizitat identifiziert worden waren. Als relevant wurden Morphologie, Stabilität (Ionenfreisetzung, Kristallstruktur) und die Ökotoxizitat der chemischen Verbindung identifiziert und darauf basierend ein Schema zur Gruppierung vorgeschlagen. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass weitere Parameter zu berücksichtigen sind. Es zeigte sich weiterhin, dass keine sinnvolle Gruppierungshypothese auf einem einzelnen PCĄ-Parameter beruhen kann. Für eine sinnvolle Gruppierung ist ein Set von Parametern notwendig. Um das vorgeschlagene Gruppierungskonzept im Hinblick auf die regulatorische Anwendung zukünftig weiterzuentwickeln sind folgende Aspekte zu berücksichtigen: (i) gezielte Berücksichtigung von Oberflächenmodifikationen, die bewusst bei dem Projekt ausgeschlossen worden waren; (ii) Ersatz des Fischembryotests aufgrund seiner geringen Sensitivität; (iii) Anpassung der Methoden zur Bestimmung der Oberflächenreaktivitat, da keine Übereinstimmung zwischen den entsprechenden Messwerten und der Ökotoxizitat ermittelt wurde; (iv) die Kinetik ausgewählter PCĄ-Parameter (Agglomerationsverhalten; ZetaĄ-Potential, Reaktivität, Löslichkeit) im Test. Ferner wird eine größere Anzahl an ECĄ-Werten benötigt, um die Aussagekraft der Statistik zu erhöhen. Quelle: Forschungsbericht

Overview of hazardous substances potentially emitted from offshore industries to the marine environment

Im Rahmen des RESOW Projekts werden Einträge von gefährlichen Stoffen aus Offshore Industrie Quellen in die Meeresumwelt von Nord- und Ostsee untersucht. Dieser Bericht gibt einen Überblick über potentielle Emissionen von Schadstoffen aus der Offshore Öl- und Gasindustrie, die infolge der Arbeitsprozesse auf Offshore Plattformen zustande kommen können. Dabei werden Emissionen aus Bohrflüssigkeiten, Schneidölen, Produktionswasser sowie unfallbedingte Emissionen und Korrosionsschutzmaßnahmen untersucht. Die in den verschiedenen Eintragsquellen enthaltenen individuellen Substanzen werden weiterhin auf ihre Schadhaftigkeit für die Meeresumwelt analysiert. Da Informationen zu künstlich hergestellten Chemikalien nur in hoch aggregierter Form verfügbar waren und keine Informationen über individuelle Substanzen den aggregierten Daten entnommen werden konnten, war die Untersuchung künstlich hergestellter Chemikalien nicht möglich. Nur für Produktionswasser konnten individuelle Substanzen identifiziert werden. Die Bewertung des Gefährdungspotenzials basiert auf PBT-Kriterien (Persistenz, Bioakkumulation und Toxizität), Gefahrensätzen in Bezug auf aquatische Toxizität, der SIN-Liste (Substitute It Now), der OSPAR-Liste potentiell gefährlicher Stoffe, der OSPAR Liste von priorisierten Stoffen, der ECHA-Liste (European Chemical Agency) für endokrin wirksame Substanzen und den Wasserrahmenrichtlinien flussgebietsspezifischen Stoffen sowie prioritären Stoffen, welche in den Anhängen 6 und 8 der deutschen Oberflächengewässerverordnung gelistet sind, die eine nationale Implementierung der Wasserrahmenrichtlinie darstellt. Quelle: Forschungsbericht

Sauer ist nicht immer lustig - Effekt des pH auf die Toxizität und Bioakkumulation ionischer Stoffe

Das Projekt "Sauer ist nicht immer lustig - Effekt des pH auf die Toxizität und Bioakkumulation ionischer Stoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Evolution und Ökologie, Abteilung Physiologische Ökologie der Tiere durchgeführt. Bei der Umweltrisikobewertung von Chemikalien werden Konzentrationen (PNEC) mittels OECD Standardtests abgeleitet, bei denen keine Gefährdung für aquatische Lebewesen erwartet wird. Die Entscheidung ob ein Stoff bioakkumulativ (B) im Rahmen der PBT-Bewertung ist, wird auf Basis des Biokonzentrationsfaktors (BCF) aus Fischstudien getroffen. Beide Konzepte stoßen bei ionischen Verbindungen (elektrisch geladenen Molekülen) jedoch an Grenzen, wenn die entsprechenden Tests unter den in der Guideline vorgegeben Bedingungen durchgeführt werden. Je nach pH-Wert des Testmediums kann sich die Toxizität der Chemikalie ändern, da angenommen wird, dass nur ungeladene Moleküle die Zellmembranen passieren können. Erste Untersuchungen zeigen, dass sich die aquatische Toxizität zwischen pH 5 und pH 9 um mehr als eine Größenordnung unterscheiden kann. Die BCF-Werte können sich in diesem pH-Bereich um einen Faktor von 3 unterscheiden, was zu einer Überschreitung des B-Triggerwertes von 2000 führen könnte. Aus diesem Grund sollte im Stoffvollzug der Einfluss des pH-Werts auf Bioakkumulation und Toxizität berücksichtigt werden. So erlauben die OECD Testguidelines bisher relativ breite pH-Wert Bereiche, was zu einer starken Unterschätzung der Toxizität und Bioakkumulation führen kann. Im Projekt sollen zunächst die publizierten Untersuchungen hierzu systematisch ausgewertet werden, um für schwache Säuren und Basen die pH Werte mit der maximalen Anreicherung im Organismus vorherzusagen. Im Idealfall kann ein mathematischer Zusammenhang abgeleitet werden, der es erlauben würde, bestehende Testergebnisse umzurechnen. Die theoretischen Erkenntnisse sollen dann durch experimentelle Studien überprüft werden, in denen die Toxizität und Bioakkumulation bei verschiedenen pH-Werten ermittelt werden. Daraufhin soll ein Vorschlag erarbeitet werden, wie dies in die bestehenden Bewertungsrichtlinien integriert werden kann (z.B. schwache Säuren bei niedrigen pH Werten zu testen).

Teilvorhaben 3: Entwicklung, Validierung und Implementierung eines QSAR-Systems mit dem Ziel, im Rahmen des REACH-Verfahrens

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Entwicklung, Validierung und Implementierung eines QSAR-Systems mit dem Ziel, im Rahmen des REACH-Verfahrens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, Department Chemische Ökotoxikologie durchgeführt. A) Problemdarstellung: Im Rahmen des REACH-Verfahrens sind für mehr als 10000 Stoffe Risikobeurteilungen vorzunehmen. Die dafür erforderlichen experimentellen Daten zur Beurteilung der aquatischen Toxizität fehlen jedoch weitgehend. Um die große Zahl an experimentellen Tests durchführen zu können, fehlen bei den Antragstellern und Laboratorien die Kapazitäten. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist, dass Fische dem Tierschutzgesetz unterliegen. Es ist daher erforderlich, theoretische Vorhersagemethoden und Extrapolationstechniken als intelligente Hilfsmittel bei der Gefahrenbeurteilung einzusetzen. B) Handlungsbedarf: QSAR-Modelle sollen bei der behördlichen Stoffbewertung einbezogen werden (Entwurf REACH-Verordnung, Annex IX). Nach dem derzeitigen Kenntnisstand auf dem Gebiet der quantitativen Struktur/Wirkungsbeziehung kann die aquatische Toxizität eines Stoffes mit narkotischem Wirkungsmechanismus bestimmt werden. Es soll deshalb ein Verfahren entwickelt werden, welches zuverlässig zwischen Stoffen mit narkotischer Wirkung und Stoffen, die wegen spezifischer oder reaktiver Wirkung eine erhöhte aquatische Toxizität aufweisen, unterscheidet. Somit kann die Zahl an experimentellen Tests stark reduziert werden. Für Stoffe mit unspezifischem Wirkungsmechanismus können die Wirkungen mittels eines QSAR-Modells bestimmt werden. Es ist zu beachten dass die Identifizierungsmodelle trophiespezifisch ausgelegt sein müssen, d.h. für die drei verschiedenen Trophiestufen - Primärproduzenten (Algen), Primärkonsumenten (Daphnien) und Sekundärkonsumenten (Fische) - müssen jeweils spezifische Unterscheidungskriterien festgelegt werden. Weiterhin soll das Verfahren eine automatisierte Konsistenzprüfung experimenteller Toxizitätsangaben mit ggf. berechneten Wasserlöslichkeiten liefern. Während des Vorhabens sollte ein intensiver Dialog zwischen Fachbegleiter und Auftragnehmer und Unterstützung hei QSAR-Fragestellungen im Rahmen von REACH-Implementation (RIP) erfolgen. C) Ziel des Vorhabens: Entwicklung eines Verfahrens, welches im Rahmen von REACH eingesetzt werden kann und es erlaubt, zwischen Stoffen mit narkotischen Wirkmechanismus und Stoffen, die wegen spezifischer und reaktiver Wirkung eine erhöhte aquatische Toxizität aufweisen zu unterscheiden, so dass der experimentelle Testumfang stark reduziert wird.

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