Možné riziko výskytu uhlíkatých nanočástic v pevných produktech hoření. Nanosloučeniny a životní prostředí

Nanosloučeniny a životní prostředí obecně

Nanosloučeniny a životní prostředí obecně

Přibližně od roku 2000 si část společnosti uvědomuje možnou toxicitu nanosloučenin a s ní spojené následné environmentální problémy. Řada států, vládních a nevládních institucí prosazuje princip zásad „předběžné opatrnosti“ (neblahé zkušenosti s DDT, dioxiny, freony, PCB apod.) [29]. Přijímají se doporučení k regulaci, evidenci, stanovení metod hodnocení rizik a monitorování nanosloučenin. Příkladem mohou být sdělení Evropské komise věnovaná bezpečnosti v oblasti nanotechnologií [COM(2000)1, COM(2005)243, COM(2004)338, COM(2008)345], politický záměr státu Kalifornie pro zacházení s nanolátkami [30], nemožnost použití nanosloučenin v potravinách bez provedení hodnocení rizik (Evropský parlament březen 2009) apod.

Protože nanočástice se skládá z několika mála atomů, znamená to, že všechny atomy jsou blízko povrchu a proto snadněji reagují s atomy či molekulami jiných látek. Nanočástice jsou dostatečně malé aby vstoupily do těla přes kůži, prostřednictvím dýchacího či trávícího traktu. Uvnitř organismu pak mohou procházet buněčnými povrchy, reagovat s DNA, enzymy, aminokyselinami apod. Navíc každý druh nanočástice má své unikátní charakterové vlastnosti. Rovněž se předpokládá, že přírodní nanočástice se budou chovat odlišně od „ing-nanočástic“.

Z životního cyklu nanomateriálů (viz obr. 4) je možné předpokládat uvolnění těchto „ing-nanočástic“ během výroby a expedice, rovněž z vlastního výrobku jehož jsou součástí a při likvidaci těchto výrobků.

Obr. 4: Schéma životního cyklu nanomateriálu

Jaká bude mobilita těchto částic a jaké budou interakce s jednotlivými složkami životního prostředí bude pravděpodobně záviset na specifické velikosti částic, tvaru, povrchu, rozpustnosti, náboji a dalších fyzikálně-chemických vlastnostech. Lze proto předpokládat, že různé typy nanomateriálů budou mít různé vlivy na životní prostředí a potažmo na lidské zdraví.

Fyzikálně-chemická interakce nanomateriálů s životním prostředím může být provázaná řadou oxidačně redukčních reakcí s mikroorganismy, organickými látkami, prvky a minerály, hydrolýzou, vlivem UV zářením apod.

Toto vše může ovlivnit transport nanosloučenin v životním prostředí, jejich kumulaci, absorpci do biologických systémů, biologické a toxické vlastnosti.

Velmi složitá je otázka monitoringu (stanovení závazných limitů) těchto nanosloučenin v jednotlivých složkách životního prostředí. Např. k proměření ve vzduchu nelze použít kaskádové impaktory (hranice do 300 nm), nýbrž je třeba použít nízkotlaké impaktory s počítačem nukleárních jader [31].

V oblasti řízení rizik [32-33] při produkci nanočástic (nanosloučenin) lze přijmout tato doporučení:

• identifikovat procesy a činnosti, při kterých existuje pravděpodobnost expozice nanočásticemi; identifikovat zaměstnance ohrožené expozicí
• identifikovat postupy a činnosti, které mohou zvyšovat pravděpodobnost expozice nanočásticemi; identifikovat zaměstnance ohrožené expozicí
• odhadnout rizika expozice
• upravit výrobní zařízení a proces výroby
• stanovit hierarchii kontrol a monitoringu (např.: měření nanoaerosolu v reálném čase, počty částic v objemové jednotce, rozložení frakcí nanočástic, měření stupně expozice ploch pracoviště a mapování migrace nanočástic v prostoru pracoviště)
• stanovit minimální ochranné pomůcky (HEPA respirátory, dvojité gumové krytí rukou, ochranné brýle, oděv apod.)
• pravidelné lékařské prohlídky i jako forma biologického měření
• sdělovat informace a své zkušenosti.

Schéma na obr. 5 navazuje na oblast řízení rizik a dává přehled o možných rizicích a opatřeních vedoucích ke snížení těchto rizik při produkci nanosloučenin. Jednotné schéma bezpečnosti nebude pravděpodobně u těchto výrob možné [32]. Problémy způsobuje stanovení toxicity, hlavně toxikokinetiky, včetně určení stupně distribuce částic a veliká rozmanitost nanomateriálů (př. částice TiO₂ o velikosti 250 nm jsou plicích inertní, ale při velikosti pod 20 nm způsobují zápal plic; podobně rozdílná toxicita je i u fullerenů a uhlíkatých nanotrubek, ačkoli se z chemického pohledu jedná o uhlík).

Při stanovení toxicity nanočástic a vytváření standardů jejich hodnocení, bude pravděpodobně třeba vzít v úvahu, vedle chemického složení, také parametry jako koncentrace (počet částic), rozměr částic a jejich distribuce, rozpustnost (hydrofobní – hydrofilní), tvar, porózita, vlastnosti povrchu (náboj, chemické složení povrchu, funkční skupiny povrchu apod.) , krystalická struktura, čistota, schopnost aglomerace, věk částic, biorezistence, výrobce a výchozí zdroj pro výrobu.

V České republice podle publikace Nanotechnologie v ČR 2008 [33] bylo v roce 2008 registrováno 134 organizací zabývajících se výzkumem a výrobou nanosloučenin. Toto číslo představuje oproti roku 2005 nárůst o více než 100 %. Nejvíce, a to o 200% u malých a středních podniků (z 19 na 57). Z dostupných informací se orgány ochrany veřejného zdraví v ČR zabývají v současné době pouze jejich inventarizací.

Protože příspěvek popisuje přípravu (výrobu) fullerenů uvádím zde publikaci japonských autorů [35] týkající se měření aerosolu nanočástic a zjišťování rizik expozice osob v továrně na jejich výrobu (Frontier Carbon Corporation s výrobní kapacitou 40 tun/rok). Výroba probíhá na principu spalování uhlovodíku, extrakce ze sazí, sušení a expedice. Reakce probíhá v uzavřené komoře, takže větší riziko expozice pracovníků nanočásticemi hrozí při otevření reakční komory, sušení produkce a nakládání s produktem (vážení, balení apod.). Práce rovněž popisuje vliv ventilace na složení aerosolů nanočástic v atmosféře.

Dle výzkumu Evropské komise k ekonomickému rozvoji nanotechnologií, je již nyní vysoká komercializace nanotechnologií [36]. Očekává se, že nanotechnologie budou mít v budoucnu podstatný dopad na světovou ekonomiku. Vzniká hodně nových nanotechnologických společností start-up, které využívají tzv. rizikový kapitál. V Evropě převládají investice z veřejných zdrojů oproti soukromým investorům, v USA a Japonsku je vyváženější poměr.