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In Richtung einer grünen Nanotechnologie

Das Aufkommen der Nanotechnologie – jenes Technologiezweigs, der Objekte Molekül für Molekül oder tatsächlich Atom für Atom errichten will – hat futuristische Bilder sich selbst vermehrender „Nanobots“ heraufbeschworen, die Operationen durchführen oder unseren Planeten in eine Masse von „Grey Goo“ (grauem Schleim) verwandeln, während sie alles um sich herum verzehren.

Diese beiden Szenarien folgen einem bekannten Schema: Technologischer Fortschritt, wie etwa die Entwicklung der Atomkraft, genetisch veränderter Organismen, der Informationstechnologien und der synthetischen organischen Chemie, wird zunächst als Allheilmittel angesehen, dann aber – wenn Folgen, häufig im Bereich der Umwelt, sichtbar werden – als drohender Weltuntergang. Selbst bei der Wasseraufbereitung – dem wichtigsten technologischen Fortschritt aller Zeiten für die Verlängerung menschlichen Lebens – erweist sich, dass diese Krebs erregende Nebenprodukte erzeugt. Der Zyklus von fundamentaler Entdeckung, technologischer Entwicklung, Erkenntnis unerwünschter Folgen und öffentlicher Ablehnung scheint nicht aufzubrechen.

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Wird es bei der Nanotechnologie anders sein? Neben der frühen Euphorie und dem Medienrummel, wie sie die Einführung neuer Technologien normalerweise begleiten, gab es bei der Nanotechnologie auch Projektionen über die von ihr möglicherweise ausgehenden Umweltrisiken – und zwar lange vor ihrer Kommerzialisierung im großen Stil. Dass derartige Fragen zu einem Zeitpunkt gestellt werden, zu dem sich die Nanotechnologie noch in den Kinderschuhen befindet, könnte zu besseren, sichereren Produkten und geringeren langfristigen Haftungspflichten für die Industrie führen.

Die sich mit großer Schnelligkeit entwickelnde Nanomaterialienindustrie ist der Bereich der Nanotechnologie, der unser Leben mit größter Wahrscheinlichkeit als Erstes beeinflussen dürfte. Eine Schätzung der Nanobusiness Alliance aus dem Jahre 2003 identifizierte Nanomaterialien als größte Einzelkategorie bei nanotechnologischen Unternehmensneugründungen.

In der Umwelttechnologiebranche etwa werden Nanomaterialien neue Wege zur Abfallreduzierung ermöglichen – durch sparsameren Einsatz von Ressourcen, die Behebung industriell verursachter Umweltschäden, die Gewährleistung unserer Trinkwasserversorgung und durch Effizienzsteigerungen bei der Energieproduktion und -verwendung. Kommerzielle Anwendungen von gegenwärtig oder in Kürze erhältlichen Nanomaterialien umfassen u.a. die nanotechnologische Herstellung von Titanpartikeln für den Einsatz in Sonnenschutzmitteln und Farben, von Kohlenstoff-Nanoröhren-Verbundwerkstoffen für Reifen, Silikon-Nanopartikeln als Festschmierstoffe und proteinbasierten Nanomaterialien in Seifen, Shampoos und Reinigungsmitteln.

Die Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Nanomaterialien wird unweigerlich zu ihrer Anreicherung in der Luft, im Wasser, im Boden und in Organismen führen. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um zu gewährleisten, dass Nanomaterialien – und die sie produzierende Industrie – sich als ökologischer Aktivposten und nicht als Belastung erweisen.

Leider weiß man noch sehr wenig über die potenziellen ökologischen Auswirkungen der Nanomaterialien. Ironischerweise sind die Eigenschaften, die zu Bedenken Anlass geben könnten – wie die Aufnahme von Nanopartikeln durch die Zellen – genau jene, die für den Einsatz in medizinischen Anwendungen angestrebt werden.

So berichten etwa über einen Zeitraum von zehn Jahren durchgeführte Studien, dass die fußballförmigen Fulleren-Moleküle, die man als „Buckyballs“ bezeichnet, starke Antioxidanzien sind – vergleichbar in ihrer Stärke mit Vitamin E. Andere Studien berichten davon, dass einige Arten von Buckyballs für Krebszellen giftig sein können.

Zwei Studien der letzten Zeit kamen zu dem Schluss, dass Buckyballs die Gehirnfunktion von Fischen beeinträchtigen können und auf menschliche Zellkulturen hochgradig toxisch wirken. Aber die Ergebnisse dieser Studien sind schwer zu interpretieren – u.a. deshalb, weil die dort verwendeten Nanomaterialien mit einem organischen Lösungsmittel verunreinigt waren, das hinzugefügt wurde, um die Fullerene im Wasser zu mobilisieren.

Eine Folgestudie zur Toxizität von Fullerenen konnte keine wesentliche Toxizität von Buckyballs feststellen, dafür jedoch eine toxische Reaktion in Zellkulturen auf eine zweite Gruppe von Fullerenen – die so genannten „einwandigen Nanoröhren“ (SWNTs). Zum gegenwärtigen Zeitpunkt bleibt die Frage einer möglichen Toxizität von Fulleren-Nanomaterialien weitgehend unbeantwortet.

Für die Feststellung, ob eine Substanz „gefährlich“ ist oder nicht, muss man nicht nur die Toxizität des Materials ermitteln, sondern auch das Maß, in welchem es je mit lebenden Zellen in Berührung gelangen wird. Die Toxizität lässt sich bewerten, indem man Buckyballs in einen Fischtank tut, aber wir müssen außerdem herausfinden, ob Buckyballs jemals tatsächlich in einen „Fischtank“ aus der realen Welt – wie einen See oder Fluss – gelangen würden.

Wir wissen, dass schwer abbaubare Materialien über lange Zeit hinweg in der Umwelt präsent sein und daher eher mit der lebendigen Welt interagieren können. Aber die Prozesse, die zum Abbau von Nanomaterialien führen, einschließlich des Abbaus durch Bakterien, sind praktisch unerforscht.

Mehr noch: Wir wissen nicht nur kaum etwas über ihre Toxizität und Langlebigkeit, sondern auch die Art und Weise, wie sich Nanomaterialien voraussichtlich in der Umwelt verbreiten werden, ist weitgehend unbekannt. Am gefährlichsten wären Nanomaterialien, die sowohl mobil als auch toxisch sind. Die Fullerene, die den Schwerpunkt früher Toxizitätsstudien bildeten, gehören zu den am wenigsten mobilen bisher untersuchten Nanomaterialien. Erste Arbeiten zur Mobilität von Nanomaterialien in Formationen, die Grundwasserleitern oder Sandfiltern ähnelten, haben gezeigt, dass ein Typ von Nanomaterial sehr mobil sein kann, während ein anderer an Ort und Stelle bleibt. Jedes Nanomaterial kann sich also unterschiedlich verhalten.

Die Bedenken über die möglichen Auswirkungen von Nanomaterialien auf Gesundheit und Umwelt haben möglicherweise die drängende Anforderung überschattet, dass ihre Produktion sauber und umweltfreundlich erfolgen muss. Tatsächlich ist bekannt, dass viele für die Herstellung von Nanomaterialien verwendete Zutaten für den Menschen gesundheitsgefährdend sind.

Eine ermutigende Tendenz ist, dass die zur Herstellung von Nanomaterialien verwendeten Methoden häufig „grüner“ werden, wenn sie aus dem Labor in die industrielle Produktion überführt werden. Vom Problem der Toxizität von Nanomaterialien einmal abgesehen, legen vorläufige Ergebnisse nahe, dass die mit der Herstellung von Nanomaterialien verbundenen Risiken weniger groß als oder vergleichbar groß wie jene sind, die mit vielen gegenwärtigen industriellen Aktivitäten einhergehen.

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Es wäre naiv, zu erwarten, dass die Fortentwicklung der Nanotechnologie keinerlei Risiken für unsere Gesundheit oder die Umwelt birgt. Der Versuch, die Entwicklung von nanomaterialinspirierten Technologien aufzuhalten, wäre ebenso so unverantwortlich wie unrealistisch. Eine verantwortungsvolle Entwicklung dieser Technologien aber erfordert Wachsamkeit und soziales Engagement.

Eine umweltfreundliche Nanotechnologie braucht Zeit, Geld und politisches Kapital. Mit Voraussicht und Sorgfalt jedoch kann sich die Nanotechnologie auf eine Weise entwickeln, die unser Wohlergehen und das unseres Planeten fördert.