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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...

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Physik durchgeführt. Das Verhalten der photoaktivierbaren Nanoformulierungen Foslip und Fospeg soll mit speziellen optischen Methoden untersucht werden. Dieser Ansatz erlaubt eine genauere Bestimmung wichtiger Parameter wie z.B. der intrazellulären Wirkstofffreisetzung und kann in Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur Analytik photoaktivierbarer Wirkstoffe leisten. Die Arbeit beinhaltet 5APs. AP1: Untersuchungen zur Aufnahme der beiden Formulierungen und deren Phototoxizität an den ausgewählten Zelllinien. Die Überprüfung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, Herausarbeitung evtl. Unterschiede zwischen den Zelllinien. Bestimmung der Phototoxizität: mittels z.B. MTT-Test, Resazurin- oder Caspase-Assay. Im AP2 wird als innovativster Schritt des Projektes die intrazelluläre Freisetzung des PS aus den beiden Formulierungen über die Beobachtung der 1O2 -Lumineszenzkinetik und der Triplettlebensdauer des PS verfolgt. Gleichzeitig soll die Frage nach evtl. Unterschieden im Verhalten der einzelnen Zelllinien untersucht werden um Rückschlüsse auf die Rückverteilung des PS in den Blutstrom und somit auch auf die Pharmakokinetik zu ermöglichen. AP3: Nutzung von FLIM und CLSM (costaining) zur Beurteilung der Freisetzung des PS aus den Formulierungen mit den gleichen Teilaspekten wie in AP2. In AP4 wird kontinuierlich geprüft ob und in welchem Maß die Ergebnisse aus AP2 und AP3 korrelieren. AP5: Aufbereitung der Daten für das EDV-gestützte PBPK- Modell, Publikation der Ergebnisse.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zweckverband Landeswasserversorgung, Betriebs- und Forschungslabor durchgeführt. In der Gesamtvorhabensbeschreibung sind die Punkte Gesamtziel, Stand der Wissenschaft und Technik, gemeinsamer Arbeits-, Zeit- und Ressourcenplan sowie Zuordnung der Zuständigkeiten und übergeordnete Verwertungsstrategie für den Verbund beschrieben. AP 5.1: Methodenentwicklung (0,3 wiss. Mitarbeiter, 0,4 CTA x) - Basierend auf der bisherigen WBA/TLC-Methode mit AChE-Detektion soll durch Modifikation der TLC-Platte die Empfindlichkeit auf kleiner als 100 ng/L gesteigert werden. - Zur Verbesserung der Trennleistung der HPTLC soll eine zweidimensionale WBA/TLC entwickelt werden. - Weiterentwicklung und Erprobung des bestehenden Auswerteverfahrens sowie Durchführung der Validierung von WBA mit TLC. - Entwicklung einer Methode zum Nachweis von Substanzen, die erst nach metabolischer Aktivierung die AChE hemmen. - Optimierung der Kopplung mit der LC-HRMS anhand der Wiederfindungsrate und Minimierung des Blindwertes. AP 5.2: Monitoring (0,2 wiss. Mitarbeiter, 0,4 CTA x) - Monitoring von verschiedenen Wässern aus dem Wasserkreislauf. - Untersuchung auf Transformationsprodukte von bekannten AChE-Inhibitoren durch technische Prozesse der Trinkwassergewinnung. AP 5.3: Korrelation TLC-AChE mit TP 6 (0,5 wiss. Mitarbeiter x) - Korrelation mit den Ergebnissen aus dem TP 6 Monitoring-2 zum Einsatz in der WBA im Hinblick darauf, ob mit beiden Untersuchungsmethoden der Teilprojekte 5 und 6 vergleichbare Aussagen zur AChE-Aktivität getroffen werden können. AP 5.4: Qualitätskontrolle Referenzmaterial (0,2 CTA x) - Referenzmaterialien von Projektpartner sollen anhand ihrer AChE-Hemmung auf ihre Reinheit geprüft werden. M1: Vorliegen einer validierten Methode als Standardarbeitsvorschrift M2: Vorliegen der Ergebnisse des Monitorings M3: Vergleichendes Bewertungskonzept der Ergebnisse TP 5 und TP 6 M4: Vorliegen der Ergebnisse der Reinheitsüberprüfung der Standards (x Anteil der jeweiligen Gesamtpersonenmonate).

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-3 Agrosphäre durchgeführt. Das Auftreten von Mikroplastik in Agrarökosystemen ist ein zunehmend wichtiges Thema. Diese Materialien scheinen auf landwirtschaftlichen Böden weit verbreitet zu sein, was wahrscheinlich auf die Prävalenz der Inputwege und die effiziente Einarbeitung durch Pflügen zurückzuführen ist. Es gibt erste Hinweise auf Mikroplastik-Auswirkungen auf Bodenprozesse (z.B. Bodenaggregation) und Bodenbiota (z.B. Regenwürmer), aber Auswirkungen auf die Rhizosphäre, ein Hotspot mikrobieller Aktivität im Boden mit größter Bedeutung für das Pflanzenwachstum, sind derzeit unbekannt. Unser Projekt zielt darauf ab, diesen blinden Fleck anzugehen, indem wir ein grundlegendes Konzept von Auswirkungen auf Rhizosphärenfunktionen und -interaktionen testen. Wir haben unsere Experimente so konzipiert, dass sie auch direkt Managementunterstützung generieren: Wir vergleichen drei Böden von außergewöhnlicher Bedeutung in der deutschen Landwirtschaft, um abschätzen zu können, wo die (positiven oder negativen) Effekte am stärksten sein könnten; und wir schließen vier verschiedene Kulturen mit jeweils fünf Sorten ein, um zu verstehen, ob die Wahl der Kulturen Mikroplastik-Effekte mildern könnte. Da Mikrokunststoffe weiter in nanoskalige Partikel fragmentiert werden können, schließen wir ein separates Experiment ein, um die Wirkung von Nanoplastik zu testen. Wir erwarten, dass unsere Forschung mechanistische Erkenntnisse über Mikro-/Nanoplastik-Effekte auf wichtige Rhizosphäreninteraktionen und -prozesse in landwirtschaftlichen Böden liefern wird. Dies erreichen wir durch kontrollierte Gewächshausversuche, die in der zweiten Phase des Projekts durch Feldstudien ergänzt werden. Dieses Projekt wird zur Entwicklung gezielter Schadensbegrenzungsstrategien beitragen, um die negativen Auswirkungen von Mikroplastik auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu verringern.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität (FU) Berlin, Institut für Biologie, Arbeitsgruppe Ökologie der Pflanzen durchgeführt. Das Auftreten von Mikroplastik in Agrarökosystemen ist ein zunehmend wichtiges Thema. Diese Materialien scheinen auf landwirtschaftlichen Böden weit verbreitet zu sein, was wahrscheinlich auf die Prävalenz der Inputwege und die effiziente Einarbeitung durch Pflügen zurückzuführen ist. Es gibt erste Hinweise auf Mikroplastik-Auswirkungen auf Bodenprozesse (z.B. Bodenaggregation) und Bodenbiota (z.B. Regenwürmer), aber Auswirkungen auf die Rhizosphäre, ein Hotspot mikrobieller Aktivität im Boden mit größter Bedeutung für das Pflanzenwachstum, sind derzeit unbekannt. Unser Projekt zielt darauf ab, diesen blinden Fleck anzugehen, indem wir ein grundlegendes Konzept von Auswirkungen auf Rhizosphärenfunktionen und -interaktionen testen. Wir haben unsere Experimente so konzipiert, dass sie auch direkt Managementunterstützung generieren: Wir vergleichen drei Böden von außergewöhnlicher Bedeutung in der deutschen Landwirtschaft, um abschätzen zu können, wo die (positiven oder negativen) Effekte am stärksten sein könnten; und wir schließen vier verschiedene Kulturen mit jeweils fünf Sorten ein, um zu verstehen, ob die Wahl der Kulturen Mikroplastik-Effekte mildern könnte. Da Mikrokunststoffe weiter in nanoskalige Partikel fragmentiert werden können, schließen wir ein separates Experiment ein, um die Wirkung von Nanoplastik zu testen. Wir erwarten, dass unsere Forschung mechanistische Erkenntnisse über Mikro-/Nanoplastik-Effekte auf wichtige Rhizosphäreninteraktionen und -prozesse in landwirtschaftlichen Böden liefern wird. Dies erreichen wir durch kontrollierte Gewächshausversuche, die in der zweiten Phase des Projekts durch Feldstudien ergänzt werden. Dieses Projekt wird zur Entwicklung gezielter Schadensbegrenzungsstrategien beitragen, um die negativen Auswirkungen von Mikroplastik auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu verringern.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Abteilung für Umweltgenomik durchgeführt. Das Auftreten von Mikroplastik in Agrarökosystemen ist ein zunehmend wichtiges Thema. Diese Materialien scheinen auf landwirtschaftlichen Böden weit verbreitet zu sein, was wahrscheinlich auf die Prävalenz der Inputwege und die effiziente Einarbeitung durch Pflügen zurückzuführen ist. Es gibt erste Hinweise auf Mikroplastik-Auswirkungen auf Bodenprozesse (z.B. Bodenaggregation) und Bodenbiota (z.B. Regenwürmer), aber Auswirkungen auf die Rhizosphäre, ein Hotspot mikrobieller Aktivität im Boden mit größter Bedeutung für das Pflanzenwachstum, sind derzeit unbekannt. Unser Projekt zielt darauf ab, diesen blinden Fleck anzugehen, indem wir ein grundlegendes Konzept von Auswirkungen auf Rhizosphärenfunktionen und -interaktionen testen. Wir haben unsere Experimente so konzipiert, dass sie auch direkt Managementunterstützung generieren: Wir vergleichen drei Böden von außergewöhnlicher Bedeutung in der deutschen Landwirtschaft, um abschätzen zu können, wo die (positiven oder negativen) Effekte am stärksten sein könnten; und wir schließen vier verschiedene Kulturen mit jeweils fünf Sorten ein, um zu verstehen, ob die Wahl der Kulturen Mikroplastik-Effekte mildern könnte. Da Mikrokunststoffe weiter in nanoskalige Partikel fragmentiert werden können, schließen wir ein separates Experiment ein, um die Wirkung von Nanoplastik zu testen. Wir erwarten, dass unsere Forschung mechanistische Erkenntnisse über Mikro-/Nanoplastik-Effekte auf wichtige Rhizosphäreninteraktionen und -prozesse in landwirtschaftlichen Böden liefern wird. Dies erreichen wir durch kontrollierte Gewächshausversuche, die in der zweiten Phase des Projekts durch Feldstudien ergänzt werden. Dieses Projekt wird zur Entwicklung gezielter Schadensbegrenzungsstrategien beitragen, um die negativen Auswirkungen von Mikroplastik auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu verringern.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Folienwerk Wolfen GmbH durchgeführt. Die F+E-Arbeiten der Folienwerk Wolfen GmbH verfolgen das Ziel, die Monomere von Lignin in Polymere einzubinden, die in der Extrusion von Flachfolien im Dickenbereich zwischen 60 und 1000 Mikro m verwendet werden können. Derartige Folien finden Anwendung z.B. in Klarsichtverpackungen, Display- oder Laminationsfolien (z.B. sog. Overlayfolien für die Scheckkartenherstellung). Die grundlegende Eigenschaft solcher Folien ist die Transparenz. Die Folienwerk Wolfen GmbH verfolgt als Hauptziel daher den chemischen Einbau von ggf. derivatisierten Ligninmonomeren in die Polymerstruktur insbesondere von Polyestern und Polycarbonaten, ergänzt um die Möglichkeit der Herstellung transparenter nanoskaliger Lignincompounds auf Basis von Polyestern. FWG-AP1 Kritischer Vergleich des Standes der Technik zur Ziel- und AufgabenstellungFWG-AP2 Vergleichende Untersuchungen im LabormaßstabFWG-AP3 Benchmarking der derzeit verfügbaren nachhaltigen Polymere im LabormaßstabFWG-AP4 Vergleichende Analyse der Ergebnisse aus dem Labormaßstab mit kritischen Untersuchungen im TechnikumsmaßstabFWG-AP5 Charakterisierung ligninbasierter Rohstoffe auf der Grundlage der von der Projektpartnern erarbeiteten F+E-ZwischenergebnisseFWG-AP6 Test von ligninbasierten Rohstoffen im TechnikumsmaßstabFWG-AP7 Tests ausgewählter ligninbasierter Rohstoffe im vorindustriellen MaßstabFWG-AP8 Reproduzierbarkeitstests sowie weitere Verfahrens- und Produktoptimierungen unter vorindustriellen Bedingungen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zellstoff Stendal GmbH durchgeführt. Durch den Einsatz neuer nanoskalierter Füllstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen (Zellulose- und Ligninderivate) in Styrol-Butadien-Kautschuk-Masterbatchen sollen etablierte Stabilisator- bzw. Füllstoffsysteme wie Silica oder Ruß teilweise ersetzt werden. Damit soll ein Performancegewinn und ggf. Kostenvorteil des Materials erreicht werden, der die Grundlage für eine erfolgreiche Implementierung dieser Masterbatche bei Reifenherstellern legen soll. Zum Einbringen der natürlichen nanoskaligen Füllstoffe werden drei verschiedene Ansätze untersucht und evaluiert, von denen einer bis hin zum ScaleUp in den Pilotanlagenmaßstab optimiert werden soll. Allen Teilprojekten voran stehen die Lignin- und Zellulosebereitstellung in unterschiedlichen Aufarbeitungs- und Vorbehandlungsschritten, die Entwicklung von Analysemethoden und die Abstimmung von Prozeduren zur Qualitätssicherung. In Laborversuchen erfolgt die Entwicklung der optimalen Parameter und Prozesse zur Herstellung und Einbringung der Füllstoffe in Kautschukformulierungen. Dann erfolgt das Upscaling in den Technikumsmaßstab. Nach der erfolgreichen Entwicklung der Verfahren und einer positiven wirtschaftlichen Bewertung kann das Upscaling in den Demonstrationsmaßstab erfolgen. In allen Stadien des Projektes werden die Versuche durch entsprechende Analytik begleitet.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TRINSEO Deutschland GmbH durchgeführt. Durch den Einsatz neuer nanoskalierter Füllstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen (Cellulose- und Ligninderivate) in Styrol-Butadien-Kautschuk-Masterbatchen sollen etablierte Stabilistator- bzw. Füllstoffsysteme wie Silica oder Ruß teilweise ersetzt werden. Damit soll ein Performancegewinn und ggf. Kostenvorteil des Materials erreicht werden, der die Grundlage für eine erfolgreiche Implementierung dieser Masterbatche bei Reifenherstellern legen soll. Zum Einbringen der natürlichen nanoskaligen Füllstoffe werden drei verschiedene Ansätze evaluiert, von denen einer bis hin zum ScaleUp in den Pilotanlagenmaßstab optimiert werden soll. Allen Teilprojekten voran stehen die Lignin- und Cellulosebereitstellung in unterschiedlichen Aufarbeitungs- und Vorbehandlungsschritten, die Entwicklung von Analysemethoden und die Abstimmung von Prozeduren zur Qualitätssicherung. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf die Konditionierung bzw. Derivatisierung der nanoskaligen Cellulose- bzw. Ligninpartikel gelegt, sodass diese in ausreichender Menge und homogen verteilt in den Kautschuk eingearbeitet werden können.

Teilvorhaben P0-2

Das Projekt "Teilvorhaben P0-2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Department Chemie, Physikalische und Theoretische Chemie, Lehrstuhl Physikalische Chemie durchgeführt. Titel: Materialsynthese Ir-basierter Anodenkatalysatoren mit geringer Ir-Packungsdichte. Aufgrund des stetig ansteigenden Energiebedarfs sowie der anvisierten Dekarbonisierung des Energiesektors ist der Ausbau von erneuerbaren Energien (Wind- und Solarstrom) unabdingbar. Im Zuge dessen nimmt die Bedeutung von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff, der entweder direkt im Verkehrssektor B(Brennstoffzellenfahrzeugen) oder in der Industrie (Ammoniaksynthese, Raffinerieprozesse etc.) Einsatz finden kann, stetig zu. Der Technologiepfad I adressiert aktuelle Herausforderungen der Wasserelektrolyse (auf dem Weg der Polymer-Membran Elektrolyse), nämlich von der grundlegenden Materialforschung und -entwicklung, über die angewandte industrielle Entwicklung bis hin zur wirtschaftlichen Gesamtanalyse. Ziel des vorliegenden Projektes (Task 1,1 in enger Zusammenarbeit mit Prof. Fattakhova-Rohlfing, FZJ) ist die Entwicklung skalierbarer Synthesen von nanoskaligen, Iridium-basierten OER-Katalysatoren auf hochporösen Trägermaterialien mit hoher OER Aktivität/Stabilität bei geringer Packungsdichte des seltenen Iridiums. Dabei werden zwei verschiedene Ansätze sowie deren Kombination verfolgt: 1) Optimierung der Syntheseverfahren zur Herstellung von nanoskaliger OER Katalysatoren auf Oxidträgern am FZJ (Task 1.1a) und Identifikation der Alterungsmechanismen (mit IEK-11/HIERN, HZB und TUM). 2) Entwicklung nanostrukturierter hochporöser Trägersysteme mit durch verschiedene Template gesteuerter Morphologie sowie Beschichtung mit ultradünnen Iridium-basierten OER-Katalysatorschichten an der LMU (Task 1.1b) sowie Bestimmung von deren OER Aktivität und Degradationsstabilität (in Zusammenarbeit mit IEK-1/HIERN). Beide Ansätze kombiniert bilden das letzte Task (1.1c), in welchem die Morphologie sowie die Katalysatorbeschichtung für eine Integration in MEAs (Kooperation mit TUM TEC, Task 4,1) optimiert und skaliert wird. Die Skalierbarkeit der Synthesen wird zusammen mit Heraeus evaluiert.

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