Umweltverhalten von Nanopestiziden

Derzeit werden im privaten und öffentlichen Sektor große Investitionen in der Formulierungstechnologie in die Entwicklung organischer Nanopartikel als Träger bioaktiver Substanzen in der Pharmazie (Nanomedizin) und Agrochemie (Nanopestizide) getätigt. Nanoformulierungen bieten dabei eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der Erhöhung der Wirksamkeit und Beständigkeit sowie einer Verringerung der benötigten Menge der Aktivsubstanz. Die Kenntnis über das Umweltverhalten organischer Nanopartikel ist jedoch sehr begrenzt und eine Abschätzung zwischen neuen Umweltrisiken auf der einen und Vorteilen durch die Nutzung dieser neuen Produkte auf der anderen Seite ist derzeit nicht möglich. Unter Berücksichtigung von Nanopestiziden als Modell für organische Nanopartikel, zielt dieses Projekt auf die Etablierung einer Grundlage für eine solche Bewertung. Nanopestizide stellen aufgrund ihrer inhärenten Toxizität und absichtlichen Einbringung in relativ hohen Mengen auf Feldfrüchte eine Priorität für die Umweltforschung dar. Die projektübergreifende Hypothese ist, dass Nanopestizide ein Verhalten zeigen, dass den nanopartikulären und den gelösten Transportansatz miteinander kombinieren. Daher wird ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt werden, der das Wissen und Methoden aus den derzeit angewandten Paradigmen in Bezug auf partikulären und gelösten Transport integriert. Die spezifischen Projektziele sind: - Bewertung der Eignung bestehender Verfahren zur Bestimmung von Nano- und Stoffeigenschaften und deren Einfluss auf den Verbleib von Nanopestiziden. Soweit möglich eine Verbesserung und Anpassung, soweit nötig die Erstellung innovativer Alternativen, um den dualen gelöst-partikulärem Charakter von Nanopestiziden zu erfassen. - Gewinn eines grundlegenden Verständnisses über die Einflussfaktoren von Umweltprozessen - Aufklärung möglicher Beziehungen zwischen jeweiligen Prozessen In Laborexperimenten wird mit einer Reihe von sorgfältig ausgewählten Nanopestiziden die spezifische Hypothese hinsichtlich der Verbleibsprozesse und der Wechselwirkung überprüft werden. Das Projekt liefert ein grundlegendes Verständnis zum Umweltverhalten von Nanopestizides, welches für eine belastbare Einschätzung von Umweltrisiken und Nutzen die Grundlage darstellt. Die gewonnen Kenntnisse sind dabei direkt auf andere organische Nanopartikel anwendbar, und bilden daher eine solide wissenschaftlich Grundlage für eine deutliche Verbesserung in der Bewertung des Umweltverhaltens von Schadstoffen.

Die Landwirtschaft braucht dringend Innovationen, um den wachsenden globalen Bedarf an Nahrungsmitteln, Futtermitteln und Kraftstoffen zu decken. Große Mengen an Pestiziden werden derzeit eingesetzt, um eine hohe Pflanzenproduktion aufrechtzuerhalten, mit verheerenden Folgen für die Gesundheit von Mensch und Umwelt hat. Eine Vielzahl von nanobasierten Strategien wurden vorgeschlagen, um die Eigenschaften existierender Pestizide zu verbessern und ihre Wirksamkeit zu erhöhen und gleichzeitig ihre negativen Auswirkungen zu verringern. Was jedoch mit diesen "Nanopestiziden" nach ihrer Anwendung passiert, ist weitgehend unbekannt, so dass es schwierig ist, das neue Risiko und den neuen Nutzen von Nanopestiziden im Vergleich zu konventionellen Produkten vollständig abzuschätzen. Ziel dieses Projekts war es, ein besseres Verständnis der Prozesse, die das Umweltverhalten von Nanopartikeln beeinflussen, zu entwickeln. Mithilfe von Laborexperimenten wurden Transport, Aggregation und Abbau von Nanopartikeln in verschiedenen Böden, Wasser und Pflanzenoberflächen untersucht. Internationalen Partner stellten einen einzigartige Nanopartikel bereit, die verschiedene Arten von Nano-Trägern (z.B. aus Polymeren, Siliziumdioxid oder Graphenoxid) abdeckten. Diese waren mit verschiedenen Pestiziden beladen. Die Ergebnisse des Projekts weisen somit einen breiten Anwendungsbereich auf. Insgesamt zeigten die experimentellen Ergebnisse, dass je nach Art der Nanopestizide und in Abhängigkeit der Eigenschaften von Boden, Wasser und Pflanze eine große Vielfalt an Verhaltensweisen möglich ist. In einigen Fällen zeigten sich kaum Unterschiede im Verhalten zwischen den Nano- und den konventionellen Pestiziden. In anderen Fällen wurden große Unterschiede in Transport und/oder Abbau im Vergleich zum Nicht-Nanoäquivalent beobachtet. Die Folgen für die Grundwasserkontamination und Bodenakkumulation wurden unter Berücksichtigung der möglichen wiederholten und langfristigen Verwendung der neuartigen Produkte diskutiert. Ein neuer Parameter (die Haltbarkeitskriterium und ein Protokoll für seine Messung wurden vorgeschlagen, um die Bandbreite der oben beschriebenen Situationen zu erfassen und Entwicklern und Aufsichtsbehörden zu helfen, die Nanoprodukte zu identifizieren, die weitere Aufmerksamkeit verdienen. Parallel zur Laborarbeit haben desk-basierte Aktivitäten mit Partnern aus Industrie, Wissenschaft und Regulierungsbehörden die Etablierung einer gemeinsamen Basis zur Harmonisierung der ökologischen Risikobewertung von Nanopestiziden auf internationaler Ebene ermöglicht.