Nanomaterialien am Arbeitsplatz: unsichtbar aber nicht zu vernachlässigen

Als Nanomaterialien vor etwas mehr als einem Jahrzehnt an die Öffentlichkeit gelangten, weckten sie große Hoffnungen, aber auch große Ängste. Während die einen in ihnen die Lösung für alle Probleme der Menschheit sahen, prophezeiten andere die Zerstörung des Planeten durch sich selbst replizierende Nanobots. Heute können wir besser zwischen Fiktion und Realität unterscheiden und auch etwas zu den Chancen und Risiken sagen. Viele der Visionen (Himmel oder Hölle) waren übertrieben. Nanomaterialien werden weder den Weltuntergang herbeiführen noch die Menschheit vor sich selbst retten. Ein Bereich, in dem viel geforscht wurde, ist die Sicherheit am Arbeitsplatz. Was wissen wir heute über die Exposition gegenüber Nanomaterialien und die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen?

Freigabe geht vor Belichtung

Im Prinzip besteht die Möglichkeit, dass ein Teil des Materials freigesetzt wird, sobald es bearbeitet wird. Dies kann zu einer Exposition führen. Aus toxikologischer Sicht sind Nanoobjekte und ihre Agglomerate und Aggregate von besonderem Interesse, während nanoskalige Strukturen größerer Objekte selten nanospezifische Gesundheitsprobleme verursachen. Bei der Untersuchung der Exposition gegenüber Nano-Objekten ist es sinnvoll, die gesamte Abfolge der Ereignisse bis zur Freisetzung zu betrachten. Warum gab es eine Freigabe? Wie konnte diese Veröffentlichung zu einer Enthüllung werden? Welche Rolle spielen die Materialeigenschaften und Verarbeitungsverfahren? Die Beantwortung dieser Fragen ermöglicht es uns oft, schädlichen Expositionen wirksam vorzubeugen.

Risikobewertung

Wenn zum Beispiel eine Nanobeschichtung in einem Tauchbad aufgetragen wird, muss vor allem verhindert werden, dass die Arbeiter ihre Hände in das Bad tauchen. Wird die Beschichtung hingegen aufgesprüht, gelangen sehr hohe Konzentrationen schnell in die Luft, was entsprechend komplexe Schutzmaßnahmen zur Folge hat. Vor einigen Jahren haben wir Veröffentlichungen über die Freisetzung von Nanopartikeln aus vielen verschiedenen Arbeitsprozessen analysiert. Wir haben gesehen, dass bei Sprühverfahren oft viele Millionen Nanopartikel pro Milliliter Luft entstehen. Dies ist vergleichbar mit der Menge, die bei der Herstellung von Nanopulver anfällt. Aber auch die maschinelle Verarbeitung und der Pulvertransfer können zu sehr hohen Expositionen führen. Am anderen Ende des Verarbeitungsspektrums stehen Ultraschallbäder, bei denen selbst bei hoher Energie selten mehr als ein paar tausend Partikel in der Luft entstehen. In Zusammenarbeit mit Materialwissenschaftlern konnten wir auch verstehen, wie in eine Matrix eingebettete Nano-Objekte als einzelne Nano-Objekte freigesetzt werden können oder nicht.

Schutzmaßnahmen können weiterhin erforderlich sein

Oftmals sind trotz des ausgeklügelten Designs immer noch Schutzmaßnahmen erforderlich, um eine Exposition nach der Freisetzung zu verhindern. Der beste Weg ist, das Problem an der Wurzel zu packen. Im Idealfall würden alle Prozesse in geschlossenen Systemen ablaufen. Dies ist jedoch nicht immer möglich. Flexible Absaugarme, die oberhalb von Geräteöffnungen angebracht werden, sind wohlbekannt. Die Absaugung funktioniert jedoch nicht, wenn sie sich weit von der Quelle entfernt befindet. Da sich Nano-Objekte mit der Luft bewegen, ist es oft besser, Luftströmungen zu erzeugen, die die Partikel zu einem Absaugpunkt führen. Bei komplexen Interaktionen, zum Beispiel bei Wartungsarbeiten an Maschinen, stellt sich auch die Frage der persönlichen Schutzausrüstung (PSA). Die persönliche Schutzausrüstung (PSA) ist nicht sehr komfortabel. Vielen Menschen fällt es schwer, sie richtig anzulegen, wie man an der aktuellen Pandemie sehen kann. Masken schützen recht wirksam vor Nanopartikeln, vorausgesetzt, sie werden richtig getragen. Dies ist jedoch oft schwierig, vor allem für Frauen und junge Menschen, da nur wenige Masken auf ihre Gesichter passen. Auch Schutzanzüge und Handschuhe eignen sich gut zum Schutz vor Nanomaterialien. Es ist jedoch wichtig, das richtige Schutzmaterial zu wählen und die Anweisungen der Hersteller und technischen Experten zu befolgen.

Wo es keinen Rauch gibt…

Allzu oft werden die Sicherheitsvorschriften von den Mitarbeitern nicht befolgt oder von den Vorgesetzten nicht durchgesetzt. Da der Mensch kein Sinnesorgan für Nanomaterialien in der Luft hat, unterschätzt er die Belastung. Ein gutes Beispiel kommt aus der „traditionellen Industrie“: Das Schweißen mit Schutzgas hat für viele Arbeitnehmer den Ruf, ein sauberes Verfahren zu sein, denn schließlich scheint es fast keinen Rauch zu geben. Daher tragen viele Schweißer während dieses Prozesses keine Gasmaske. Unsere Messungen haben jedoch gezeigt, dass die Masse der beim Schutzgasschweißen emittierten Partikel fast die gleiche ist wie beim konventionellen Schweißen, aber diese Masse ist auf viele Millionen ultrafeiner und unsichtbarer Nanopartikel verteilt. Daher ist das Auge ein schlechtes Messinstrument für Nanomaterialien, um saubere von schmutzigen Prozessen zu unterscheiden.

Expositionsbewertung ist mehr als die Messung von Partikeln

Für die Expositionsbewertung reicht es nicht aus, nur die Anzahl der Partikel in der Luft zu messen. Eine große Herausforderung sind die Kontextinformationen und Metadaten über die beteiligten Stoffe und Prozesse. Diese sind wichtig für spätere Risikoanalysen, aber auch um das Verhalten von Nanomaterialien am Arbeitsplatz und in der Umwelt besser zu untersuchen. Bisher wurde in den Messberichten hauptsächlich der Messprozess beschrieben. Sie berichteten nur selten über das Arbeitsumfeld, die Produktionsprozesse oder die verwendeten Materialien und erwähnten nicht einmal die vorhandenen Schutzmaßnahmen und PSA. Noch schlimmer war die Situation bei der Charakterisierung der Partikel. Glücklicherweise hat sich dies in den letzten Jahren geändert, und zwar dank der Empfehlungen der Dr. Michael Riediker (der Autor dieses Artikels) hat mit europäischen Kollegen geschrieben. Das Beharren der Herausgeber von Zeitschriften und der Forschungsförderer darauf, dass Kontext und Metadaten ein wesentlicher Bestandteil der Expositionsbewertung sind, hat ebenfalls einen positiven Beitrag geleistet. Die Forschung geht weiter, und einige der besten Arbeitsplatzexperten Europas arbeiten derzeit daran, die Grundlagenforschung in praktische Schutzkonzepte und Leitlinien umzusetzen, und zwar im Rahmen einer Reihe miteinander verbundener NanoSafetyCluster-Projekte (https://www.nanosafetycluster.eu/safe-by-design-and-eu -funded-nanosafety-projects/).

Es ist noch ein langer Weg zu gehen

Sind all diese Fortschritte im Bereich der Expositionsbegrenzung also gut für die Gesundheit der Arbeitnehmer? Leider wissen wir das nicht. Es erscheint sinnvoll, den Erfolg dieser Maßnahmen mit der arbeitsmedizinischen Überwachung und der Epidemiologie, dem Goldstandard für die Dokumentation des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Gesundheitsproblemen, zu überprüfen. Vor mehr als zehn Jahren haben wir einen Fahrplan veröffentlicht, um dies in einer weltweit harmonisierten Weise zu tun. Sie ist überfällig und sollte zumindest auf europäischer Ebene finanziert und unterstützt werden. Es wurden bereits mehrere Rahmen für das Risikomanagement von Nanomaterialien vorgeschlagen und verwendet, um Expositionsszenarien zu entwickeln, von denen angenommen wird, dass sie Arbeitnehmer vor Krankheiten schützen. Die „unwirksamen Werte“ sind jedoch aus Zell- und Tierstudien abgeleitet. Die Bestätigung, dass die angestrebten Expositionsniveaus tatsächlich erreicht werden können und dass bei diesen Niveaus beim Menschen tatsächlich keine Krankheiten und Frühindikatoren für Erkrankungen auftreten, wird für eine breite Akzeptanz dieser Risikomanagementkonzepte entscheidend sein.

Foto: Pete Linforth/The Digital Artist via Pixabay

Quelle: EUON
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