Kolnanorör förblir fästa vid material i flera år medan titandioxid och nanozink snabbt tvättas ur kosmetika och ackumuleras i marken. Inom det nationella forskningsprogrammet "Opportunities and Risks of Nanomaterials" (NRP 64) har ett team under ledning av Empa-forskaren Bernd Nowack utvecklat en ny modell för att spåra flödet av de viktigaste nanomaterialen i miljön.

Hur många konstgjorda nanopartiklar tar sig upp i luften, jord eller vatten? För att bedöma dessa belopp, en grupp forskare ledd av Bernd Nowack från Empa, de schweiziska federala laboratorierna för materialvetenskap och teknik, har utvecklat en datormodell som en del av det nationella forskningsprogrammet "Opportunities and Risks of Nanomaterials" (NRP 64). "Våra uppskattningar erbjuder de bästa tillgängliga uppgifterna för närvarande om miljöansamlingen av nanosilver, nanozink, nano-tinaniumdioxid och kol nanorör", säger Nowack.

I motsats till de statiska beräkningar som hittills använts, deras nya, dynamisk modell tar inte bara hänsyn till den betydande tillväxten i produktion och användning av nanomaterial, men tar också hänsyn till att olika nanomaterial används i olika tillämpningar. Till exempel, nanozink och nano-titandioxid finns främst i kosmetika. Ungefär hälften av dessa nanopartiklar hittar vägen till vårt avloppsvatten inom loppet av ett år, och därifrån kommer de in i avloppsslam. Kolnanorör, dock, är integrerade i kompositmaterial och är bundna i produkter som som är immobiliserade och finns därmed till exempel i tennisracketar och cykelramar. Det kan ta över tio år innan de släpps, när dessa produkter hamnar i avfallsförbränning eller återvinns.

39, 000 ton nanopartiklar

Forskarna som är involverade i denna studie kommer från Empa, ETH Zürich och Zürichs universitet. De använder en uppskattad årlig produktion av nano-titandioxid i Europa på 39, 000 ton – betydligt mer än summan för alla andra nanomaterial. Deras modell beräknar hur mycket av detta som kommer in i atmosfären, ytvatten, sediment och jorden, och samlas där. I EU, användningen av avloppsslam som gödningsmedel (en praxis som är förbjuden i Schweiz) innebär att nanotitandioxid idag når en genomsnittlig koncentration på 61 mikrogram per kilo i drabbade jordar.

Att känna till graden av ackumulering i miljön är bara det första steget i riskbedömningen av nanomaterial, dock. Nu måste dessa data jämföras med resultat av ekotoxikologiska tester och de lagstadgade tröskelvärdena, säger Nowack. Någon riskbedömning har inte gjorts med hans nya modell än så länge. Tidigare arbete med data från en statisk modell visade, dock, att de fastställda koncentrationerna för alla fyra undersökta nanomaterialen inte förväntas ha någon påverkan på miljön.

Men i fallet med nanozink åtminstone, dess koncentration i miljön närmar sig den kritiska nivån. Det är därför just detta nanomaterial måste prioriteras i framtida ekotoxikologiska studier – även om nanozink produceras i mindre mängder än nanotitandioxid. Vidare, ekotoxikologiska tester har hittills utförts främst med sötvattensorganismer. Forskarna drar slutsatsen att ytterligare undersökningar med marklevande organismer är en prioritet.