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Emission von Nanopartikeln aus ausgewählten Produkten in ihrem Lebenszyklus

Im Rahmen des UFOPLAN 2008 wurde eine Literaturstudie vom Umweltbundesamt - FKZ 3708 61 300 - in Auftrag gegeben, die den jetzigen Stand des Wissens und den Forschungsbedarf im Bereich der ⁠ Emission ⁠ von nanoskaligen Partikeln aus Produkten im Verlauf ihres Lebenszyklus und ihre mögliche ökologische Relevanz zusammenfassen soll. Hierfür wurden Informationen zu nanoskaligem Silber, nanoskaligem Titandioxid, nanoskaligem Carbon Black, nanoskaligem Ceroxid - speziell für Wischtücher, Außenwandfarben, Füllstoff in Reifen und Additive im Kraftstoff - zusammengetragen und bewertet. Veröffentlicht in Texte | 52/2010.

Prozessintegrierte Maßnahmen und alternative Produktionsverfahren für eine umweltschonendere Herstellung von Chemikalien

Die Studie enthält Beschreibungen von Produktionsverfahren zur umweltschonenderen Herstellung von Chemikalien und Informationen zu den damit verbundenen Umweltaspekten. Ein Schwerpunkt ist Dekarbonisierung / Defossilisierung, aber auch z.B. der Einsatz gefährlicher Stoffe und Emissionen werden thematisiert. Sowohl Techniken, die bereits kommerziell eingesetzt werden als auch in Entwicklung befindliche Techniken werden untersucht, z. B. Herstellung von Wasserstoff, Ammoniak und Industrieruß, Methanol-to-Olefins, Fischer-Tropsch-Verfahren, Elektrifizierung von Steamcrackern, alternative Feedstocks, Minimierung des Chloreinsatzes, Möglichkeit des flexiblen Betriebs von Anlagen, allgemeine Techniken mit Umweltentlastungspotentialen. Veröffentlicht in Texte | 140/2024.

Ruß

Die Modellierung des Umweltprofils „Ruß" umfasst die Aufwendungen und Emissionen der Herstellung von Industrieruß im Furnace-Prozess. Die berücksichtigten Vorprozesse sind die Extraktion und Transport der Rohstoffe. Neben Erdöl wird auch Erdgas als Energiequelle bilanziert. Das Inventar fußt auf Literaturdaten über zwei verschiedene Industrieruß-Arten. Import: 18879t Produktion: 684224t

Markt für Ruß

technologyComment of carbon black production (GLO): The most important production process used nowadays is the oil-furnace process – other processes like e.g. thermal or acetylene carbon black processes are only of minor interests and therefore not further examined within this study here. The oil-furnace process is, according to Voll and Kleinschmit (2010) and Dannenberg and Paquin (2000) a partial combustion process of liquid aromatic residual hydrocarbons. The principle is to atomize the feedstock into the reactor, where it is decomposed into carbon black and hydrogen due to the fact that the oxygen available is not sufficient for a combustion of all the input. The reactor temperature is in the order of 1200 to 1900 °C, achieved through the combustion of natural gas and of the unreacted feedstock. After the decomposition, a fast quenching has to be done to avoid the loss by reaction of carbon black with carbon dioxide and water. The further processing consists mainly of drying and separation from other substances like tail gases, through a filter system. This dataset describes the production of carbon black with the oil-furnace process, using natural gas as further energy input. The inventory is based on literature information about two different types of carbon black, as well as estimations based on industrial data. The emission amount is estimated while the composition is based on literature. References: Voll, M. and Kleinschmit, P. 2010. Carbon, 6. Carbon Black. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Dannenberg E. M. and Paquin L. (2000) Carbon Black. In: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, Electronic Release, 4 th Electronic Release Edition. Wiley InterScience, New York, Online-Version under: http://www.mrw.interscience.wiley.com/kirk.

Study on the emission of nanoparticles in products in the life cycle and the ecological evaluation

Das Projekt "Study on the emission of nanoparticles in products in the life cycle and the ecological evaluation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. Objective of the project is the assessment of the exposure of environment and human health by synthetic nanomaterials. The project includes a life cycle analysis of relevant products, an analysis of measurement equipment, and the identification of the demand for research and development. A reference study was commissioned by the Federal Environmental Agency - FKZ 3708 61 300 - in the scope of the UFOPLAN 2008, to summarise the current knowledge and research needs in the area of emission of nanoscale particles from products in the course of their life cycle as well as their possible environmental effects (relevance). For this purpose, information about nanoscale silver, titanium dioxide, carbon black, cerium oxide used in wipes, wall paint, in tires and additives in fuel, were compiled and evaluated. Possible measurement techniques and methods, for different measurement parameters and matrices, for examining the emission and characterizing nanostructures and their behaviour in the environment were summarized in a separate section. Emission of nanoscale material from products can take place at different stages in the course of its life cycle; during production, processing, transportation, when in use or during disposal of materials and products. Release generally takes place in environmental media such as air, water or soil/sediments. Nanoscale silver and titanium dioxide is mainly released into the aquatic medium. The release of silver particles has been shown when washing tissues and textiles in particular which have been impinged with nanoscale silver. It is not clear if the particles are release in the form of ions or nanoparticles. The release of TiO2 from wall paint after rain events was seen in rain water and in near by surface waters during field measurements. Laboratory studies have shown that TiO2 particles can be released through mechanical stress.It seems on the other hand that the emission of carbon black and cerium oxide mainly takes place in air. Carbon black can stem from ink, laser printers or tires. Studies have established the release of nanoscale soot particles form tires. It could not be determined if the released particles were the original particles or particles formed from secondary processes. The primary application for nanoscale cerium oxide is in polishing agents, coating products and as catalysts in e.g. diesel fuels. Cerium oxides have also been used recently for medical purposes, e.g. tested and marketed as antioxidants. Cerium oxide emission is likely for all the listed applications. This could be proven by field measurements particularly when used in fuels. It was not examined whether the released cerium oxide from diesel fumes correspond to that which was applied. There are generally very few publications for this study that deal explicitly with the emission from the materials and products which are to be examined...

Chemisches und mechanisches Recycling von Kunststoff und -gemischen

Das Projekt "Chemisches und mechanisches Recycling von Kunststoff und -gemischen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Chemische Technik durchgeführt. Three EU and two CCE countries start a collaboration to evaluate, test and further develop the practical knowledge on the pyrolysis of post-consumer plastic waste, including plastic and plastic/metal composite waste. In this proposal chemical (pyrolytic) and mechanical (compatibilizing) methods are tested for recycling plastics, especially mixtures and composites that cannot be reprocessed by simpler methods. The project is structured according to a number of tasks, each of which is tackled by a partner with previous experience in the field and aided by the entire team. Task 1 is basically a logistic, technical and economic evaluation of plastics recycling by pyrolytic methods and discusses a number of practical problems to be tackled under task 2, the experimental part of the project. Task 2.1 is devoted to the effect on pyrolysis of providing mixed rather than individual plastic types, such as accelerated decomposition of PA 6 as a consequence of HCl-evolution from PVC. A major aim is the development and assessment of a process, in which a plastic mixture is decomposed sequentially,either as it is, or after addition of a catalytic substance. Task 2.2 systematically screens additives for their potential effect on rate and product composition, as well as on the generation of undesirable substances, such as dioxin precursors or coke forming catalysts. Task 2.3 studies carbon formation from single and mixed plastics, its enhancement by specific additives, e.g. carbon black or metal residues, or coke formed in the pyrolyses process proper. Task 2.4 considers the effect of ageing, which may lead int. al. to the presence of peroxides and affecting viscosity, cross-linking and the decomposition process and products at large. Task 2.5 looks at the decomposition of PET and possibly other materials that have a potential of creating problems during the operation of a pyrolytic industrial unit. Task 2.6 addresses the fate of heteroatoms during pyrolysis, in particular the possible ways to eliminate chlorine (and bromine) from the system. Task 2.7 is basically mechanical recycling, studied on the basis of binary mixtures separable from mixed plastics by simple means. The non-miscible plastics are compatibilized by the addition of suitable copolymers or by reactive cross-linking. Task 3 is the modelling and optimization of idealized industrial reactor types and the testing of the quality of pyrolytic products and compatibilized polymer blends. Task 4 prepares the transition of the pre-industrial research contained in this project to industrial practice. It will be further defined during the Meetings of the Project Team and the ad hoc working groups of APME, the Association of Plastic Manufacturers in Europe.

Teilprojekt 2: Von der Zelle zum Organismus

Das Projekt "Teilprojekt 2: Von der Zelle zum Organismus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) durchgeführt. Ziel dieses Verbundprojektes ist es, alternative Verfahren zu evaluieren, um mögliche adverse Effekte von Carbon Black Nanopartikeln (CBNP) nach wiederholter Exposition und bei vorgeschädigten Lungen vorherzusagen. CBNP mit unterschiedlichen Oberflächenmodifikationen (Beladung mit PAK, Nitroanthracen, Benzo(a)pyren) werden durch Gasphasensynthese in Anlehnung an die industriellen Herstellungsverfahren synthetisiert. In diesem Teilprojekt liegt der Fokus auf dem Einsatz von in vitro und ex vivo Modellen der Lunge für die Untersuchung der toxischen Effekte der Modellpartikel. Die mit diesen Alternativmethoden gewonnen Ergebnisse sollen in einem Inhalationsexperiment nach OECD 413 auf ihre Vorhersagefähigkeit überprüft werden. In AP1 ist das Ziel die Erarbeitung von SOPs zur Herstellung stabiler, steriler Suspensionen der CBNP-Modifikationen in physiologischen Medien. In AP2 werden in vitro Experimente mit Zellkulturen, die unter air-liquid Bedingungen gegenüber CBNP exponiert werden, durchgeführt. Eine Vorschädigung der Zellen soll dabei durch NO2-Exposition erzielt werden. In Experimenten mit Precision Cut Lung Slices (CBNP), die von Patienten mit bekannten Vorerkrankungen wie COPD gewonnen wurden, soll die Auswirkung einer Vorschädigung auf CBNP-Effekte auch im humanen ex vivo Modell untersucht werden. In AP4 wird eine nose-only Inhalationsstudie nach OECD 413 an der Ratte durchgeführt, um die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die in vivo Situation zu überprüfen.

Entwicklung nachhaltiger Komponenten für Li-Ionen-Batterien

Das Projekt "Entwicklung nachhaltiger Komponenten für Li-Ionen-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RCB Nanotechnologies GmbH durchgeführt. Eines der Kernziele des Projektes 'KOLIBRI' ist es, ein nachhaltiges und innovatives Anodenmaterial für Lithium-Ionen Batterien zu entwickeln, um Sekundärrohstoffe einsetzen zu können und die Wiederverwertbarkeit der Zellen zu verbessern. Bisher ist Graphit, das in den Anoden zum Einsatz kommt, wesentlicher Bestandteil von Batterien. Sowohl die Herstellung von synthetischem Graphit als auch die bergmännische Gewinnung von Graphit hat jedoch eine Reihe von nachteiligen Umweltwirkungen. Ziel des Vorhabens ist daher die Substitution des eingesetzten Graphits und Herstellung des Anodenmaterials auf der Basis eines Aerogels unter Verwendung eines hochreinen recovered Carbon Blacks (rCB) als sekundärem Rohstoff. Die Firma RCB erreicht aktuell die höchsten Reinheitsgrade von recovered Carbon Black. Um die Substitution von Graphit zu ermöglichen, muss die bisher von RCB erzielte Reinheit eines rCB von 96-98% auf ca. 99% weiter gesteigert werden. Entscheidend ist es dabei, die Porosität bzw. die Oberfläche des recovered Carbon Blacks nicht zu zerstören, sondern eher die Porosität des rCB noch weiter zu erhöhen. Zudem soll auch die Recyclingfähigkeit des Anodenmaterials deutlich verbessert werden. Daher arbeitet RCB gemeinsam mit den Partnern während des Vorhabens daran, den rCB-Reinigungsprozess zur Bereitstellung eines hochreinen rCBs weiter zu verfeinern sowie die entsprechenden Anlagentechnik zur Herstellung der einzelnen Komponenten zu entwickeln und aufzubauen und die entwickelten Verfahren und Komponenten auf eine industriellen Maßstab aufzuskalieren.

Teilprojekt 5: Typ II Pneumozyten

Das Projekt "Teilprojekt 5: Typ II Pneumozyten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Marburg, Fachbereich Medizin, Abteilung Pneumologie, Labor für Zellbiologie der Lunge durchgeführt. Im Gesamtvorhaben valide Kriterien zur Abschätzung der humantoxischen Wirkung verschiedener synthetischer CBNP-Modifikationen auf verschiedene funktionelle Bereiche gesunder und vorgeschädigter Lungen zu etablieren soll Arbeitspaket 5 den Beitrag für den Alveolarbereich liefern. In Abhängigkeit von der CBNP-Oberflächenmodifikation zielt das Projekt darauf Pathomechanismen der Änderungen des pulmonalen Surfactants und des Metabolismus der charakteristischen alveolaren Typ II Pneumozyten zu ermitteln. Endziel ist die Erstellung eines Kataloges, der den CBNP in Abhängigkeit ihrer Oberflächenmodifikation ein toxisches Potential für die untersuchten Parameter zuschreibt. Für die Untersuchungen werden die in Arbeitspaket 1 hergestellten CBNP im Vergleich zu Referenz- und Vergleichspartikel (Printex-90 und Pyrolyyx-CB) auf gesunde und vorgeschädigte Lungen von Mäusen eingesetzt. Nach 3-monatiger Expositionsdauer werden die exponierten Tiere hinsichtlich ihrer Lungenfunktion untersucht, die Lungen lavagiert und die Typ II Pneumozyten für weitere ex vivo Untersuchungen isoliert. Unter Verwendung von zell- und molekularbiologischen Methoden werden dabei die Integrität und die Regulation des Surfactant- und Antioxidantien-Metabolismus sowie als Ausdruck des Entzündungszustandes die Zytokinexpression und die Regenerationsprozesse bestimmt.

Teilprojekt 3: Trachealepithel und Aufnahme in vivo

Das Projekt "Teilprojekt 3: Trachealepithel und Aufnahme in vivo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Lübeck, Institut für Anatomie durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist, valide Kriterien zur Abschätzung der humantoxischen Wirkung unterschiedlicher synthetischer CBNP-Modifikationen auf verschiedene funktionelle Bereiche gesunder und vorgeschädigter Lungen zu etablieren. Teilprojekt 3 liefert den Beitrag für die großen Atemwege. Das Ziel des Projekts ist zu klären, in wieweit die Funktion des Atemwegsepithels großer Atemwege durch Exposition mit CBNP beeinträchtigt wird und wie sich dies auf die Selbstreinigungsfunktion der Lunge auswirkt. Endziel ist die Erstellung eines Kataloges, der den CBNP in Abhängigkeit ihrer Oberflächenmodifikation ein toxisches Potential für die untersuchten Parameter zuschreibt. Für die Untersuchungen werden die in Arbeitspaket 1 hergestellten CBNP im Vergleich zu Referenz- und Vergleichspartikel (Printex-90 und Pyrolyyx-CB) auf gesunde und vorgeschädigte Lungen von Mäusen eingesetzt. Nach 3-monatiger Expositionsdauer sowie nach Vorschädigung der Lunge wird das Epithel der Trachea hinsichtlich des zilienvermittelten Transports, der Zilienschlagfrequenz, dem Auftreten von Nekrose und Apoptose sowie der Expression von inflammatorischen Mediatoren untersucht.

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