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Risk assessment for irritating chemicals - derivation of extrapolation factors

Irritation of the eyes and the upper respiratory tract are important endpoints for setting guide values for chemicals. To optimize the use of the often-limited data, we analysed controlled human exposure studies (CHS) with 1-4 h inhalation of the test substance, repeated dose inhalation studies in rodents, and Alarie-Tests and derived extrapolation factors (EF) for exposure duration, inter- and intraspecies differences. For the endpoint irritating effects in the respiratory tract in rodents, geometric mean (GM) values of 1.9 were obtained for the EF for subacute ->subchronic (n = 16), 2.1 for subchronic -> chronic (n = 40), and 2.9 for subacute -> chronic (n = 10) extrapolation. Based on these data we suggest an EF of 2 for subchronic -> chronic and of 4 for subacute -> chronic extrapolation. In CHS, exposure concentration determines the effects rather than exposure duration. Slight reversible effects during 4 h exposure indicate that an EF of 1 can be considered for assessing chronic exposures. To assess species extrapolation, 10 chemicals were identified with both, reliable rat inhalation studies and CHS. The GM of the ratio between the No Observed Adverse Effect Concentration (NOAEC) in rats and humans was 2.3 and increased to 3.6 when expanding the dataset to all available EF (n = 25). Based on these analyses, an EF of 3 is suggested to extrapolate from a NOAEC in a chronic rat study to a NOAEC in a CHS. The analysis of EFs for the extrapolation from a 50% decrease in respiratory frequency in the Alarie test in mice (RD50) to a NOAEC in a CHS resulted in a GM of 40, for both, the reliable (n = 11) and the overall dataset (n = 19). We propose to use the RD50 from the Alarie test for setting guide values and to use 40 as EF. Efs for intraspecies differences in the human population must account for susceptible persons, most importantly for persons with chemical intolerance (CI), who show subjective signs of irritation at low concentrations. The limited data available do not justify to deviate from an EF of 10 - 20 as currently used in different regulatory settings. © 2020 The Authors.

gridcast: Erhöhung der Netzsicherheit durch flexibilisierte Wetter- und Leistungsprognosemodelle auf Basis stochastischer und physikalischer Hybridmethoden, Teilvorhaben: Optimierte numerische Wettervorhersagen und Warnungen für die Energiewirtschaft

Im Forschungsprojekt gridcast entwickeln das Fraunhofer IWES und der Deutsche Wetterdienst (DWD) zusammen mit Netzbetreibern neue Verfahren zur verbesserten Bestimmung der maximal möglichen, der tatsächlichen und der in den nächsten Stunden bis Tagen zu erwartenden Wind- und PV-Stromeinspeisung an beliebigen Netzknoten des deutschen Verbundnetzes. Die Arbeiten in diesem Vorhaben haben zum Ziel, die numerische Wettervorhersage langfristig auch im Hinblick auf die Energiewirtschaft zu optimieren. Dies bezieht sich dabei auf die gesamten Vorhersagekette: vom Nowcasting, über die Datenassimilation, bis zur Ensemblevorhersage. Zum anderen soll sowohl die Kommunikation der Vorhersagen bzw. Warnungen für die Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber als auch generell der Dialog zwischen Meteorologie und Energiewirtschaft intensiviert werden. Das Ziel ist dabei, die Wirksamkeit der optimierten Vorhersageprodukte und deren Umsetzung in konkrete Entscheidungsmechanismen zu fördern. Die Arbeiten lassen sich im Wesentlichen in drei Schwerpunkte unterteilen. Der erste Schwerpunkt adressiert die Verfahrensentwicklung zur optimierten Bestimmung der maximal möglichen sowie der tatsächlichen Einspeisung von Wind- und PV-Anlagen an beliebigen Netzknoten unter Berücksichtigung der verschiedenen Faktoren, welche zu einer reduzierten Einspeiseleistung führen. Im zweiten Schwerpunkt werden die Wettermodelle des DWD an die Belange der Netzbetriebsführung angepasst sowie die darauf aufbauende Wind- und Solarstromprognosemodelle optimiert. Der letzte Schwerpunkt befasst sich mit der Integration der neuartigen Wetter- und Leistungsprognosemodelle in den Netzbetrieb.

gridcast: Erhöhung der Netzsicherheit durch flexibilisierte Wetter- und Leistungsprognosemodelle auf Basis stochastischer und physikalischer Hybridmethoden, Teilvorhaben: Bestimmung und Vorhersage der Wind- und Solarstromeinspeisung für den Netzbetrieb

Im Forschungsprojekt Gridcast entwickeln das Fraunhofer IEE und der Deutsche Wetterdienst (DWD) zusammen mit Netzbetreibern neue Verfahren zur verbesserten Bestimmung der maximal möglichen, der tatsächlichen und der in den nächsten Stunden bis Tagen zu erwartenden Wind- und PV-Stromeinspeisung an beliebigen Netzknoten des deutschen Verbundnetzes. Die Verfahren werden speziell angepasst, um Netzbetreibern optimierte Eingangsdaten und Informationen über Unsicherheiten für ihre aktuellen und vorrausschauenden Netzsicherheitsberechnungen bereitzustellen. Erstmalig werden die Verfahren auch explizit Maßnahmen berücksichtigen, welche zu einer reduzierten Netzeinspeisung führen und welche nicht primär durch das Wetter bedingt sind. Eine große Stärke des Projektes liegt in der Betrachtung der gesamten Prozesskette: (1) ausgehend von der Analyse und Aufbereitung potentiell verfügbarer Messdaten, (2) über die an die Energiewirtschaft angepassten und optimierten Wetterprognose- und Nowcasting-Modelle des DWD, (3) sowie darauf aufbauend über die Modelle des IEE zur Berechnung der aktuellen und zukünftig zu erwartenden Wind- und Solarstromeinspeisung an beliebigen Netzknoten, (4) bis hin zur Anwendung in der Netzführung durch Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber. Das Forschungsprojekt Gridcast besteht im Wesentlichen aus drei Schwerpunkten. Der erste Schwerpunkt adressiert die Verfahrensentwicklung zur optimierten Bestimmung der maximal möglichen sowie der tatsächlichen Einspeisung von Wind- und PV-Anlagen an beliebigen Netzknoten unter Berücksichtigung der verschiedenen Faktoren, welche zu einer reduzierten Einspeiseleistung führen. Im zweiten Schwerpunkt werden die Wettermodelle des DWD an die Belange der Netzbetriebsführung angepasst sowie die darauf aufbauende Wind- und Solarstromprognosemodelle optimiert. Der letzte Schwerpunkt befasst sich mit der Integration der neuartigen Wetter- und Leistungsprognosemodelle in den Netzbetrieb.

Energieforschungsplan EVUPLAN, GHD-Festbiomasse im Wärmesektor

Zielstellung, fachliche Begründung: Die erfolgreiche Durchführung der Energiewende benötigt auch ein Monitoring, welches sich auf aussagekräftige Energieverbrauchsdaten stützt. Ist das bei den leitungsgebundenen Energieträgern noch vergleichsweise leicht umzusetzen, lässt sich das dagegen z.B. beim Energieträger Holz deutlich schwieriger realisieren. Nochmals komplizierter wird es, wenn es sich um einen sehr heterogenen Verbrauchssektor handelt. Vor diesem Hintergrund ist es Ziel des Forschungsvorhabens, aufbauend auf bisherige Arbeiten den Holzeinsatz im GHD-Sektor abzuleiten. Output: Ergebnis des Forschungsvorhabens ist der Holzverbrauch im GHD-Sektor im Zeitraum 2003 bis 2015. Die Ableitung des Holzeinsatzes soll im Rahmen eines Restrechnungsverfahrens, welches Daten des vom Thünen-Institut (TI) durchgeführten Holzrohstoffmonitorings und der amtlichen Energiestatistik verschneidet, erfolgen. Eine Differenzierung nach verschiedenen Holzbrennstoffen (Scheitholz, Hackschnitzel und Pellets) ist zu prüfen. Für Kalenderjahre, bei denen im Rahmen des Holzrohstoffmonitorings keine Daten erhoben wurden, sind durch geeignete Interpolations- und Extrapolationsverfahren Verbrauchswerte abzuleiten. Hierzu sind verschiedene Ansätze zu prüfen und miteinander zu vergleichen. Im Fokus sollte dabei insbesondere auch die Fortschreibbarkeit der Methodik und der Zeitreihe stehen. Grundsätzlich zu beachten ist die Anschlussfähigkeit an das Mengengerüst der AGEE-Stat. Die Forschungsergebnisse sind einzuordnen und zu diskutieren. Eine umfassende Dokumentation ist vorzusehen.

GlobE: Wetlands - Feuchtgebiete in Ostafrika: Vereinbarkeit von Naturschutz und künftiger Nahrungsmittelproduktion, Partner G

Partner E, Partner C

Die Nahrungsmittelproduktion zeigt in vielen Regionen Ostafrikas stagnierende oder rückläufige Tendenzen. Im Gegensatz dazu zeigen Feuchtgebiete ganzjährige Wasserverfügbarkeit, haben relativ fruchtbaren Böden und bieten die Möglichkeit mehrere Kulturen im Jahr zu ernten. Ihre Fläche in den vier Zielländern wird auf 20 Millionen Hektar geschätzt, wovon derzeit nur ein kleiner Teil agrarisch genutzt wird. Wir postulieren, dass diese Feuchtgebiete zur Kornkammer der Region werden. Eine nachhaltige Sicherung der Ernährung wird aber nur dann möglich sein, wenn sich eine intensivierte Nutzung der Feuchtgebiete mit dem Erhalt diverser ökosystemarer Leistungen in Einklang bringen lässt. Ein Konsortium aus Bonn-Köln-Jülich-Mainz sowie mehreren afrikanischen Partnern will die Bedeutung von Feuchtgebieten für eine nachhaltige Ernährungssicherung untersuchen. Neben der Erfassung raum-zeitlicher Prozesse der Stoffverlagerung und unter Berücksichtigung von Gender- und Gesundheitsaspekten werden Technologie-Optionen entwickelt und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet, ein hohes Produktionspotential mit Belangen des Naturschutzes zu vereinbaren. Mit Hilfe von Modellierungs- und Bewertungsansätzen werden die Daten disziplinen- und skalenübergreifend integriert und Entscheidungshilfen zur regionalen Extrapolation erarbeitet. Die Einbindung von Nutzern und Akteuren aus Entwicklung und Politik stellen die Umsetzung der erarbeiteten Maßnahmen in der Region und darüber hinaus sicher.

Partner H, Partner F

Erstellung des Risikobewertungskonzepts für lokal reizende Stoffe in der Innenraumluft auf Grundlage von Nagetierstudien

Aufgabenbeschreibung: Ein erwachsener Mensch atmet pro Tag 10 bis 20 m3 Luft ein, was einer Masse von 12 bis 24 kg Luft pro Tag entspricht. Davon entfällt etwa 90 % auf die Innenraumluft. Damit kann kontaminierte Innenraumluft zu einer relevanten Aufnahme von Chemikalien führen. Es ist deswegen äußerst wichtig, die Vorkehrungen zu treffen, die eine gute Innenraumluftqualität sicherstellen. Für diesen Zweck setzt der Ausschuss für Innenraumrichtwerte (AIR) bundeseinheitliche, gesundheitsbezogene Richtwerte für die Innenraumluft fest. Bei einem Großteil der durch den AIR bewerteten Stoffe erwies sich Reizwirkung der Augen und Atemwegen als der entpflichste Endpunkt und stellte ein Ausgangspunkt zur Richtwertableitung. Bei der dazu Grundlegenden Studien handelt es sich überwiegend um Nagetierstudien. Bisher ist wenig über die Unterschiede in der Toxizität von reizenden Substanzen zwischen Mensch und Versuchstier bekannt. Nagetiere sind obligate Nasenatmer, so dass es möglich wäre, dass ihr Respirationstrakt gegenüber reizenden Stoffen empfindlicher reagiert als der des Menschen. Beim Menschen hingegen treten Reizwirkungen nicht nur im Respirationstrakt auf, sondern werden subjektiv auch sehr früh am Auge wahrgenommen. Darüber hinaus ist es wenig bekannt ob für empfindliche Gruppen (z.B. Kinder) ein zusätzlicher Schutz gegen Reizwirkung benötigt wird. Ziel des Projekts ist die Bereitstellung eines Bewertungskonzepts zur Ableitung der Richtwerte für lokal reizende Stoffe, durch den AIR. Reizwirkungen organischer Chemikalien sollen an Mensch und Versuchstier systematisch untersucht und verglichen werden. Die Art und Häufigkeit lokaler Effekte im Nagetier und beim Menschen soll geprüft und die Unterschiede zwischen den Spezies, sowie dessen Einfluss auf Extrapolationsfaktoren ermittelt werden. Soweit möglich soll geprüft werden, ob es Substanzklassen/Gruppen strukturell analoger Stoffe im Datensatz gibt, für die keine geeigneten Extrapolationsfaktoren abzuleiten sind, (Text gekürzt)

Partner E, Partner D

Durchführung von Laborstudien mit Bodenorganismen: Einfluss verschiedener Testböden auf die Ergebnisse zur Ökotoxikologie von Chemikalien

Gemäß des aktuellen Bewertungskonzeptes für Chemikalien (z.B. Pflanzenschutzmittel oder Arzneimittel) wird das Risiko für Bodenorganismen in einer ersten Stufe der Bewertung anhand standardisierter Testböden im Labor geprüft. Die verwendeten Testböden bestehen aus Sand, Torf, Ton und Kalziumkarbonat und sind mit natürlichen Böden nicht vergleichbar. Bei der Extrapolation von den im Labor ermittelten Effektwerten auf die Situation im Feld werden in der derzeitigen Bewertungspraxis Sicherheitsfaktoren angewendet um das Schutzziel für Bodenorganismen im Feld zu gewährleisten. Jedoch gibt es derzeit wenige Informationen über den Einfluss verschiedener Bodenparameter auf die Toxizität gegenüber Bodenorganismen, obwohl Toxizität durch chemische Sorption und Bioverfügbarkeit moduliert wird. Zielsetzung von diesem Projekt ist es deshalb, anhand von Tests mit natürlichen Böden zu überprüfen, welche Auswirkungen unterschiedliche Bodeneigenschaften auf den ermittelten ökotoxikologischen Endpunkt haben. In einem ersten Screening werden parallele Tests mit Bodenorganismen an 5 unterschiedlichen Böden mit mindestens 3 verschiedenen Testsubstanzen pro Spezies durchgeführt. Entscheidend ist dabei herauszufinden, in welchem Maß die verschiedenen Durchführungsvarianten die Testergebnisse beeinflussen. In dem Projekt sollen nach einer gezielten Literaturrecherche zum Einfluss von Bodenparametern auf die Toxizität von organischen Chemikalien auf Bodenorganismen geeignete Testspezies in Abstimmung mit dem Auftraggeber ausgewählt werden. Anschließend wird eine Charakterisierung der in den Tests zu verwendenden Böden vorgenommen und geeignete Wirkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgewählt. Nach der Durchführung der Tests wird eine Analyse der Ergebnisse mit geeigneten statistischen Verfahren durchgeführt. Schwerpunkt soll hierbei die Gegenüberstellung der ökotoxikologischen Endpunkte mit den im Test verwendeten Variablen sein. In dem zu erstellenden Endbericht soll eine Beschreibung der Konsequenzen der Testergebnisse für die Risikobewertung in Zulassungsverfahren stattfinden und Hinweise zur Präzisierung vorhandener Testrichtlinien gegeben werden. Ebenso sollen eine Darstellung der verbleibenden Informationslücken und Möglichkeiten der Informationsbeschaffung (z.B. Qualität der Datenübermittlung, Generierung spezieller Daten), sowie eine Beschreibung des verbleibenden Forschungsbedarfs vorgenommen werden.

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