Nanopartikel, Nanotech – potenziell gefährlicher als Atommüll RMK

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27.08.2021 | 7 min

Nanopartikel, Nanotech – potenziell gefährlicher als Atommüll

Die kleinsten Teilchen der Welt dringen überall ein – daher braucht es strikteste Entsorgungskontrollen oder einen Algorithmus zur Selbstzerstörung.

Stellen Sie sich ein extrem feines Netz vor. Wie das Netz bei einem Fußballtor, nur eben viel kleiner. So klein, dass Sie die Maschen nicht einmal mehr unter einem gewöhnlichen Mikroskop sehen. Da reden wir dann eher von einem Filter als von einem Netz. Ein Kaffeefilter, ein Teefilter – das sind im Grunde alles Netze mit so feinen Maschen, dass wir sie nicht sehen. Was kleiner ist als die Maschen, dringt durch; was größer ist, bleibt draußen.

Und jetzt stellen Sie sich vor, die Maschen dieses unfassbar feinen Netzes hätten eine Kantenlänge von einem Mikrometer. Das ist ein Tausendstel Millimeter. Dieser Filter hält alles auf, was größer ist. Was aber kleiner ist, lässt er durch. Zum Beispiel Teilchen, die 999 Nanometer groß sind. Ein Nanometer ist ein Tausendstel Mikrometer, also ein Millionstel Millimeter oder eben ein Milliardstel Meter. Das Verhältnis eines Nanometers zu einem Meter ist vergleichbar mit dem einer Haselnuss zur Erde.

Tuberkulose-Sporen oder auch Asbestpartikel sind so klein, dass sie problemlos in die menschlichen Lungenbläschen vordringen und dortbleiben. Ebenso dringt dort alles ein, was noch kleiner ist – logisch. Beim Asbest sprechen wir von Partikeln in der Größe von 0,5 bis 3 Mikrometern, also von 500 bis 3000 Nanometern. Diese Teilchen sind also 500 bis 3000 Mal größer als ein Partikel von einem Nanometer Ausdehnung. Nanoteilchen dringen also ebenfalls in die Lungenbläschen ein, wenn wir sie einatmen – und auch in andere Regionen unseres Organismus, wenn wir sie essen. Nanoteilchen können sogar in die natürlichen Räume der Zellmembranen eindringen und sich so in den Kreislauf, in allen unseren Organen und auch in den Föten von Schwangeren einnisten.

Woraus müsste ein Netz bestehen, damit es Würfel von einer Kantenlänge von einem Nanometer aufhält? Aus Material, das feiner ist. Doch das gibt es bislang nicht. Woraus auch sollte ein Netz bestehen, das die feinsten Stoffe der Welt aufhalten soll? Irgendwann ist bei der Verkleinerung eben Schluss. Irgendwann sind wir bei der Mikroskopie des Ganzen bei einer Größe angelangt, in der die Strukturen, die wir sehen, die Moleküle selbst sind. Ein Molekül des Hämoglobins zum Beispiel, das ist der Eiweißkomplex des roten Blutkörperchens, hat ungefähr 55 Nanometer Durchmesser.

Genau das ist das Problem bei der Nanotechnologie: Kleine Teilchen dringen durch alle Filter und Netze. Denn das Netz, das alles aufhält, gibt es noch nicht. Denn es müsste auch die Teilchen aufhalten, aus denen es selbst besteht. Die Filterstruktur wäre feiner als die kleinsten Teilchen der Welt – das wäre ein Paradoxon.

Nanoteilchen haben keine Halbwertszeit

Nanomaterialien und Nano-Substanzen sind auf den ersten Blick wegen ihrer Anwendungen sehr verlockend. Ihre Eigenschaften und Funktionalitäten bewirken z. B. höhere Festigkeit, geringeres Gewicht, verbesserte Leitfähigkeit, Selbstheilung, Selbstreinigung, Antireflexion. Das sind alles Vorteile, die so manche Stoffe und Materialien besser oder attraktiver anwendbar machen.

Somit ist die aufkommende Nanotechnologie („Nanotechnik, NT“) ein vielversprechender zukünftiger Multimilliarden-Geschäftsbereich. China ist mit mehr als 200.000 angemeldeten Patenten in der Innovation der Nanotechnologie weltweit führend. Diese Zahl ist doppelt so hoch wie die des zweitgrößten Mitspielers im Markt, der USA. Nano-Tech ist für Nationen ein strategischer Hype – alle wollen dabei sein und den Zug nicht verpassen. Dabei fällt der Blick auf die Risiken ziemlich unter den Tisch.

Die Zahl der Ideen und Anwendungen für Nanomaterialien und Nanosubstanzen beginnt gerade erst zu explodieren. Wir finden sie aber bereits in Lebensmitteln, Farben, als Beschichtung von Regenschutz oder Hartlacken auf Brillen, in Zahncreme, Sonnenschutzmitteln, Medizin, Keramik und Ton, als Kohlenstoff-Nanoröhren für die Elektronik und Optik, in Schaltkreisen von Computerchips, in Chemie und Technik und in vielen anderen Bereichen.

Die Fähigkeit der Nanopartikel, alle Sperren zu überwinden wie der „Terminator 3“ aus Flüssigmetall, kann auch dazu dienen, Wirkstoffe gezielt im Tumorgewebe etwa bei Lungenkrebs zu platzieren. Diese Verwendung von Nanopartikeln als Transportvehikel demonstrierten Forscher vom Helmholtz-Zentrum München und der Ludwig-Maximilian-Universität München (LMU) im Jahr 2015. So sinnvoll diese Anwendung auch sein mag, so offenbart sie doch eines: Nanopartikel sind trojanische Pferde.

Es gibt sogar Socken, die mit Silbernanopartikeln gegen Schweißgeruch imprägniert sind. Das Problem dieser Socken steht für die gesamte Problematik der Nanotechnologie: Diese Silbernanopartikel sind nach wenigen Waschgängen ausgewaschen. Das Nanosilber durchdringt nicht nur das Flusensieb, sondern jedes denkbare Netz. Das Material landet in Kläranlagen und Flüssen, im Boden und im Meer. Dabei sind laut neuesten Studien schon jetzt etwa 12 bis 21 Millionen Tonnen klassisches Mikroplastik in Mikrometer-Größe in den oberen 200 Metern der Atlantikfläche nachweisbar und ein riesiges Problem. Und das sind alles nur Schätzungen – wie viel Plastikmüll sich insgesamt und weiter tiefer findet, weiß niemand. Die oberen 200 Meter Wassertiefe machen nur 5 Prozent des gesamten Meeresvolumens aus.

Zugleich können Nano-Materialien hochgiftige Kombinationen miteinander bilden, mit völlig neuen Wirkungsweisen, die sich nicht vorhersehen lassen. Und am Ende werden sie Zugang zu allen Menschen, Pflanzen und Tieren haben – zu jeder Zelle. Und wir können sie nicht eliminieren.

Das Mikroplastik-Problem ließe sich weitgehend lösen – wenn wir bereit wären, viel Geld und Mühe zu investieren: Wir könnten es sammeln, herausfiltern, recyceln und wiederverwenden. Aber Nanopartikel lassen sich nicht einsammeln, weil sie durch jedes Netz hindurchschlüpfen. Ohne rigorose Entsorgungskontrolle erst einmal im Umlauf könnten wir nichts mehr dagegen tun. Diese Materialien sind so klein, dass sie jeden Organismus, jeden Zellkomplex, alles, ob im Wasser, Boden oder was auch immer, jedes Trägermaterial betreffen. Wir können sie nicht mehr auffangen oder einsammeln, und wir könnten das Rad nicht zurückdrehen.

Anders als beim Zerfall radioaktiver Isotope kennen Nanoteilchen keine Halbwertszeit. Während wir bei radioaktiver Strahlung sagen können, dass sie sich je nach Isotop intervallweise halbiert, bleiben Nanoteilchen bestehen.

Diese Dimension und die Gefährlichkeit von Nanopartikeln – die sogenannten „Nanorisiken“ – sind vielen Menschen, Behörden und auch Staaten so noch nicht bewusst. Dabei ist es absehbar, dass Nanopartikel bei Mensch und Tier in den gesamten Körper und die Organe gelangen können, ja sogar in das Ökosystem von Pflanzen, Insekten, der Umwelt. Angesichts der Erfahrung mit Asbest stellt sich die Frage, ob eventuell selbst die Oberflächeneigenschaften eines völlig reaktionsfreien Nanopartikels (wie zum Beispiel von Nano-Graphitrohren) die toxischen Auswirkungen der scharfen Kanten eines Asbestkristalls nachahmen könnten, die zu den bekanntesten Krebsauslösern gehören.

Entsprechend kritisch sind Nano-Anwendungen in Lebensmitteln. Die Landwirtschaft in den USA, aber auch in Kanada und sogar die Biolandwirtschaft in Österreich setzen bewusst Nano-Kupferpartikel als Alternative zum großflächigen Spritzen von Pestiziden ein. „Das ist ein offenes Scheunentor“, sagt Dr. Thilo Hofmann, stellvertretender Leiter des Zentrums für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaften an der Universität Wien. Die Nanotechnologie kann uns unumkehrbaren Schaden zufügen. Dafür könnten wir und nachfolgende Generationen einen extrem hohen Preis bezahlen müssen, denn langfristig könnte die Lebenserwartung, die im Jahre 1900 noch bei nur 31 Jahren lag, heute aber 80+ beträgt, dadurch wieder sinken, unser gesamter Lebensraum könnte vor erheblicher Zerstörung stehen.

Obwohl die Entwicklung hochgefährlich ist – für uns und noch mehr für alle nächsten Generationen –, scheint es, als wolle die Problematik niemand zu Ende denken, niemand über etwas anderes nachdenken als nur über die vielversprechenden ersten Anwendungsmöglichkeiten. Wegen des Hypes, so scheint es, verschließen die Regierungen die Augen vor den Risiken. Dabei ist das Thema der Nanotechnologie weitaus besorgniserregender als die Genmanipulation, denn letztere betreibt der Mensch, zwar nicht durch High-Tech, mittels Züchtung und Kreuzung von Tieren und Pflanzen schon seit Jahrhunderten.

Bisherige Regulierungen seitens der Europäischen Union (EU) sind bestenfalls als lauwarm zu bezeichnen: Sie ignorieren beispielsweise bisher völlig, welche unerwarteten Wechselwirkungen Nanopartikel untereinander insbesondere nach deren Erstanwendung erzeugen können. Denn so wie bei Medikamenten die Möglichkeit besteht, dass sich die enthaltenen Wirkstoffe gegenseitig negativ, ja für den Patienten sogar lebensgefährlich beeinflussen, ist dies bei Nanostoffen nicht anders, nur um viele Dimensionen komplexer. Die Chemikalienverordnung „REACH“ beispielsweise deckt die Probleme nicht ab – sie gilt zwar für alle Chemikalien und damit auch für Nanomaterial, aber berücksichtigt eben deren spezifische Eigenheiten nicht. Zudem ist fraglich, ob die bisherigen Prüfmethoden sich überhaupt eignen und ausreichen, um die Gefahren von Nanomaterial zu quantifizieren. Zu oft schon haben ganze Industriezweige, solange sie von etwas kurzfristig profitierten, den Ansatz „Nach mir die Sintflut“ verfolgt.

Entsprechend prägnant ist die Kritik von Wissenschaftlern der Universität Wien: Praktisch nicht umsetzbare Regelungen zum Schutz von Mensch und Umwelt seien anzupassen; es bedarf einer besseren Differenzierung zwischen technisch-wissenschaftlichen Aspekten einerseits und politischen Aspekten bezüglich des Risikomanagements andererseits; Hersteller sollten die Herkunft der Nanostoffe nachweisen; und Grenzwerte sollten sich nicht auf die Anzahl verschiedener verarbeiteter Nanomaterialien beziehen, sondern auf deren Masse.

Eine weitere wichtige Frage ist die Produktsicherheit von Produkten aus oder mit Nano-Materialien.

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Forderungen: Selbstzerstörung und Produktkennzeichnung

Die Frage nach den medizinischen Aspekten und der Sicherheit von Nanopartikelprodukten ist alles andere als einfach. Die Aufsichtsbehörden haben offensichtlich Mühe, eine gewisse Klarheit zu finden. Verantwortliche scheinen zu glauben, dass die Nanotechnologie-Industrie sich selbst reguliert. Doch das tut sie nicht. Sie behördlicherseits primär aufzufordern, sich an den Regeln für bisherige Substanzen und Materialien zu orientieren und ansonsten über ihre Aktivitäten zu berichten und zu dokumentieren, welche Vorsichtsmaßnahmen sie bei jedem Produkt zu treffen gedenkt – das ist vollkommen ungenügend angesichts der potentiellen Gefahren.

Die notwendigen Forderungen liegen daher auf der Hand: Nanomaterialien brauchen eingebaute Algorithmen für ihre Selbstzerstörung; es muss für die streng kontrollierte Entsorgung oder Verbrennung von Nanomaterial-Substanzen gesorgt sein; und es bedarf vor allem sehr strenger Vorschriften, Kontrollen und Haftungen für die Entwicklung, Herstellung, den Vertrieb und im Umgang mit Nanomaterialien.

Eine weitere wichtige Frage ist die Produktsicherheit von Produkten aus oder mit Nano-Materialien. Da Nanopartikel alle Membranbarrieren durchdringen könnten und daher leicht in den Kreislauf gelangen könnten, benötigen derartige Produkte eine Kennzeichnung zu allen Gefahren, die von ihnen ausgehen.

Die bisherige Kennzeichnung von Produkten als „Nano“ sagt nur etwas über die Größe aus, aber nichts über mögliche Risiken oder die Toxizität der Stoffe. Ein Stoff wie Titandioxid, der die Wandfarbe weiß macht und der in Zahncreme und Sonnenschutzmitteln zum Einsatz kommt, kann als Nanopartikel ganz andere, negative, ja gefährliche Eigenschaften annehmen – doch auf den Verpackungen findet sich dazu kein Hinweis. Auch wenn Fleischproduzenten Verpackungen mit Silber-Nanopartikeln anreichern, um Würste länger frisch zu halten, ist bisher nichts Ausreichendes auf der Verpackung zu lesen.

Wie sich die Nanotechnologie und ihre Nanopartikel in der Realität genau auswirken, werden wir wahrscheinlich erst in Jahrzehnten sehen, wenn dann Massen dieser Materialien in Umlauf und Umwelt sind. Aber dann ist es zu spät zu intervenieren. Denn dann haben sich diese Nanopartikel, Nanomaterialien und Nanostoffe überall ausgebreitet – und wir wissen nicht, wie wir sie aus der Natur, unserer Umwelt, der Nahrung und unseren Körpern entfernen können. Wir sollten endlich begreifen, dass wir und alle Nachfolgegenerationen für unseren Planeten, unseren Lebensraum keinen Plan-B haben. Die Erde ist für uns alternativlos! Deshalb ist unser wichtigstes Lebenselement, das Wasser, sowie Flora und Fauna, nicht zum Missbrauch, Verschmutzen oder Kontaminieren da. Damit sägen wir uns nur selbst den Stamm unseres Lebensbaumes um. Das wissen wir zwar, tun nur zu wenig dagegen. Alle Regierungen und Nanotechnologie-Forscher und Produktentwickler der Welt sind daher aufgerufen, sich ernsthaft mit dem Thema zu befassen: denn Nanopartikel werden leicht zum Gift und stillen Feind allen Lebens.

Reinhold M. Karner
(RMK Denklabor)