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Identification of Priority Topics in the Field of Sustainable Chemistry

To enable the ISC3 a quick start in its substantive work, the customers (⁠ UBA ⁠/⁠ BMUB ⁠) have commis-sioned the drafting of three studies. The objective of this study was to identify to identify priority top-ics, i.e. technical solutions, concepts, business models etc., in the field of Sustainable Chemistry. A desk-top research has been performed to elucidate specific challenges and recent innovations in different fields of application and industrial sectors: 1) petrochemicals and base chemicals, 2) polymers,3) agro-chemicals (pesticides), 4) fertilisers, 5) coatings, dyes, pigments and adhesives, 6) detergents, cleaning agents and personal care products, 7) chemical fibres, 8) construction chemistry , 9) pharmaceuticals, 10) nanomaterials. Other chapters depict funding programmes and awards related to sustainable chemistry in the EU and the U.S., as well as tax instruments, funding and regulatory framework condi-tions supporting sustainable chemistry in Brazil as an example of a major emerging region with strong chemical industry. Finally, two separate chapters have been dedicated to the issue of sustainability assessment, in which a more in-depth discussion on the aspect of sustainability is provided for two examples: a) construction materials for thermal insulation as an application field and b) different synthesis routes from fossil and renewable feedstock to acrylic acid. Veröffentlicht in Texte | 83/2017.

Nanotechnik für Mensch und Umwelt - Chancen fördern und Risiken mindern

Umweltbundesamt informiert zu umweltrelevanten Aspekten Nanotechnik gewinnt bei der Entwicklung neuer Produkte und Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Nanotechnisch optimierte Kunststoffe können etwa das Gewicht bei Autos oder Flugzeugen senken und somit helfen, Treibstoff zu sparen. Neue, nanotechnisch optimierte Lampen - so genannte Licht emittierende Dioden (LED) - haben eine hohe Lebensdauer, wandeln den elektrischen Strom effizienter in Licht um und sparen somit Energie. Dies sind nur zwei Beispiele aus einer rasch wachsenden Zahl von Produkten, die auf den Markt kommen und sich vermutlich positiv auf Umwelt und Wirtschaft auswirken. Der zunehmende Einsatz synthetischer Nanomaterialien in Produkten führt jedoch auch zu einem vermehrten Eintrag dieser Materialien in die Umweltmedien Boden, Wasser und Luft. Die Wirkungen der Nanomaterialien in der Umwelt und mögliche gesundheitliche Risiken für den Menschen sind derzeit noch unzureichend erforscht. Das Umweltbundesamt (UBA) fasst in einem Hintergrundpapier relevante Aspekte über Umweltentlastungspotentiale zusammen, benennt Risiken für Mensch und Umwelt und formuliert Handlungsempfehlungen. Bei der Nanotechnik handelt es sich um die gezielte Herstellung und Anwendung von Prozessen und Nanomaterialien, die aus abgrenzbaren strukturellen Bestandteilen in der Größenordnung von 100 Nanometer (1 nm = 10 -9 m) oder weniger in mindestens einer Dimension bestehen, also mehr als 1.000-mal kleiner als der Durchmesser eines Menschenhaares. In diesem Größenbereich ändern sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Materialien. Dies kann in vielfältiger Weise zur Entwicklung neuartiger Produkte und Anwendungen genutzt werden. Die Nanotechnik beeinflusst bereits heute die Industrie in vielen Bereichen, etwa die Automobilindustrie, den Maschinenbau, die Chemische und die Lebensmittelindustrie sowie die Bio- und die Umwelttechnik. Allein in Deutschland arbeiten heute über 800 Unternehmen im Bereich Nanotechnik. Die Nanotechnik bietet erhebliche Potentiale für ökologische Produktinnovationen, aber auch Risiken für die Umwelt und die Gesundheit. Hier bestehen noch gravierende Wissenslücken. Daraus ergibt sich ein umfangreicher Bedarf an Forschung und Regulierung. Dafür ist eine transparente und von Industrie, Forschung und Behörden anerkannte Bewertung nanotechnischer Verfahren und Produkte hinsichtlich ihrer Chancen und Risken für Umwelt und Gesundheit notwendig. Die Hersteller sind gefragt, aussagekräftige Daten zur Wirkung und zur ⁠ Exposition ⁠ ihrer Produkte bereitzustellen sowie die Umweltentlastungspotentiale zu dokumentieren. Das ⁠ UBA ⁠ empfiehlt: Die Verwendung von Produkten, die Nanomaterialien enthalten und frei setzen können, sollte - so lange ihre Wirkung auf Mensch und Umwelt weitgehend unbekannt ist - möglichst vermieden werden. Aus Sicht des Umweltbundesamtes ist es erforderlich, rechtliche Rahmenbedingungen für den sicheren Umgang mit Nanomaterialien zu schaffen. Ein wesentlicher Schritt hierzu ist ein Meldesystem für Nanomaterialien in Form eines Produktregisters. Die Diskussion um Chancen und Risiken hat sowohl in Fachkreisen als auch in der Öffentlichkeit in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen. Die Bundesregierung hat frühzeitig mit der Einsetzung einer NanoKommission reagiert. Die Fachleute des UBA beteiligen sich in der NanoKommission sowie in weiteren nationalen und internationalen Arbeitskreisen, insbesondere innerhalb der ⁠ OECD ⁠ an der Entwicklung von Empfehlungen zum verantwortungsvollen Umgang mit Nanomaterialien. Das UBA trägt aktiv dazu bei, über umweltrelevante Aspekte der Nanotechnik zu informieren, Wissensdefizite auszufüllen und den weiteren Handlungsbedarf zu ermitteln. Das Amt fördert umweltrelevante Innovationen, die durch den Einsatz der Nanotechnik möglich sind und ermittelt Umweltentlastungspotentiale. Voraussetzung ist allerdings, dass potentielle Risiken für die Umwelt und die menschliche Gesundheit bewertbar und vermeidbar sind. Ausführliche Informationen enthält das Hintergrundpapier „Nanotechnik für Mensch und Umwelt - Chancen fördern und Risiken mindern”.

Fate and behaviour of TiO2 nanomaterials in the environment, influenced by their shape, size and surface area

The focus of this report is the determination, fate and behaviour of nanoscaled Titanium dioxide (TiO2) in the environment. Nanoscaled TiO2 is an industrial product being used in various applications such as sunscreens, coatings and paints which make a release into the environment likely. To be able to assess possible impacts of nanomaterials like TiO2 corresponding test procedures, here specifically ⁠ OECD ⁠ test guidelines were tested for the applicability and the results obtained interpreted. More specifically the OECD test guidelines OECD 303A – Laboratory Sewage Treatment Plants, OECD 312 – Leaching in Soil Columns and OECD 106 – Adsorption / Desorption in Soils were tested. Three different types of Titanium dioxide materials uncoated (P25 and PC105) and hydrophic coated (UV Titan 262) were investigated to also derive information on possible influences of coating on the environmental behaviour. Veröffentlicht in Texte | 25/2012.

Nanotechnik für Mensch und Umwelt

Grundlegend für angestrebte Regulierungen für Nanomaterialien sind ihre eindeutigen Definitionen, da klar sein muss, was welchen gesetzlichen Pflichten unterliegt. Dazu ist es unter anderem erforderlich, die Definitionen weiterzuentwickeln. Sie sollten auch Nanomaterialien wie Agglomerate und Aggregate, mit einbeziehen,  denn neben der Größe der Nanomaterialien sind auch deren spezifische Oberflächen- und Grenzeigenschaften bei der Risikobeurteilung der Materialien wichtig. Veröffentlicht in Hintergrundpapier.

Investigation of two widely used nanomaterials (TiO2, Ag) for ecotoxicological long-term effects

The nanoparticulate titanium dioxide NM-105 was investigated in two tests with Lumbriculus variegatus in a sediment-water system according to the ⁠ OECD ⁠ TG 225 [5]. The nominal test concentrations in the first test were 15; 23; 39; 63 and 100 mg/L NM-105 and 100 mg/L NM-105 in the second test. Chemical analysis of titanium concentrations in test media in the first test showed good agreement with nominal test concentrations. Veröffentlicht in Texte | 06/2013.

Nanomaterials and REACH

The present background paper reflects the position of the German federal authorities on the regulation of nanomaterials (NMs) under ⁠ REACH ⁠. It is intended as a basis for preparing decision-making routes for political processes responses to from outsiders (e.g. Bundestag deputies or NGOs). With respect to the imminent negotiations on the regulation of NMs under REACH in the EU it is intended to explain and justify the position of the german competent authorities. This paper also deals with the regulatory need for ultrafine fibres and particles. Veröffentlicht in Hintergrundpapier.

Assessment of Impacts of a European Register of Products Containing Nanomaterials

The implementation of a nanoproduct register as an instrument to increase the transparency on the use of nanomaterials in the EU and to ensure the regulatory oversight on nanomaterials has been discussed for quite a time. Reasons to implement a register are the uncertainties concerning the evaluation of the possible risks of nanomaterials for human health and the environment and the lack of knowledge of consumers and authorities regarding the use and concentration of nanomaterials in products. In June 2012 the German Federal Environment Agency has published a “Concept of a European Register of Products Containing Nanomaterials” (ENPR). According to the concept the manufacturer and importer of nanomaterial containing products with a likely exposure of nanomaterials to human beings and the environment should notify them to a single European register. It is the aim of this study to analyze the impacts of such an ENPR. Therefore sectors and companies concerned by an ENPR were identified and the number of notifiers and notifications, categories of substances, concerned mixtures and articles were estimated. Based on that result the administrative costs for notifiers and the competent authority for an ENPR were quantified and the benefits of an ENPR for public authorities, consumers and notifiers described. Veröffentlicht in Texte | 23/2014.

Analysis and Strategic Management of Nanoproducts with Regard to their Sustainability Potential

As part of the current debate on the opportunities and risks of nanotechnological applica-tions, the debate on possible contributions to sustainable development is becoming increas-ingly controversial. It should rather be conducted on a more objective level. This objectifica-tion, however, can only be achieved on a case-specific basis, performing – as quantitatively as possible – a risk-and-benefit analysis targeted towards the total life-cycle. The metho-dological basis for such a systemic view, however, is still largely lacking. Veröffentlicht in Texte | 36/2012.

Developing a Guidance Document for the testing of dissolution and dispersion stability of nanomaterials, and the use of the data for further environmental testing and assessment strategies

The report describes the scientific background and motivation to develop an ⁠ OECD ⁠ Guidance Document on the determination on dissolution and dispersion stability of nanomaterials in the environment. It presents the process and approach to develop the GD and summarizes its relevance for risk assessment and regulation of nanomaterials. The “OECD Guidance Document No. 318 for the testing of dissolution and dispersion stability of nanomaterials, and the use of the data for further environmental testing and assessment strategies" is available at the webpages of the OECD Test Guideline Programme. Veröffentlicht in Texte | 176/2020.

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.

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