Nanomaterialer:Store muligheter, men betenkelig avfall?

Hva er det og hvor finnes det?

Jon Magnar Haugen, Teknologirådet, 11.02.11

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

2 av 19

Nanoteknologien vokser seg stor

•Raskt voksende forskningsområde•USA: 1 mrd $ årlig•Blant 3 kjerneteknologier i

Forskningsmeldingen•FoU-innsats i Norge, 2007:

•220 mill fra universiteter og institutter•270 mill kr. fra næringslivet

•Mange produkter allerede på markedet•USA > 1000 produkter•Selvrensende vinduer, maling, smørefrie

ski, kosmetikk, databrikker, emballasjeIllustrasjon fra Natalie Lowrey, Friends of the Earth Australia

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

3 av 19

•Nanoskalaen gir plass til mange partikler og store overflater

•Elektromagnetiske egenskaper dominerer • tyngdekraft og bevegelsesenergi lite relevant

•Dette er ikke ukjent, men vi kan utnytte det bedre enn før

Smått -> særegne egenskaper

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

4 av 19

VannavstøtingElektromagnetiske krefter gir selektiv overflate

Filtre og membraner

Hydrogenbrenselceller

Avsalting av havvann

Optiske egenskaper

Titandioksid: Partikkelstørrelse avgjør lysbrytning

Solkrem uten hvit farge

Kvanteprikker: Avgir energi av bestemte nivåer

Energibesparende dioder

Unike egenskaper

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

5 av 19

Hvordan utnyttes egenskapene?Case 1: Maling og impregnering

Krav om mindre løsemidler• Jotun vil oppnå kravet med

nanopartikler av silika

Nanofilm for impregnering• Fliser og gulvbelegg• Belegningsstein• Tekstiler, trevarer mm Illustrasjon fra Jotun

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

6 av 19

Case 2: Hjelp mot smuss og forurensning

TiO2 aktiveres av UV-stråler til å bryte ned smuss og forurensning

Icopal Noxite takpapp• Bryte ned NOx-gasser.

H-vinduet og NorDan selvrensende glass• Bryte ned smuss slik at det vaskes av i neste regnskyll.

UV-stråler

Illustrasjon fra Wikipedia

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

7 av 19

Case 3: Isolasjon, energihøsting, energiforsyning(prototyper)

Nanoporøse materialer•Supereffektiv isolasjon

Vinduer med integrert persienne:•Bedre utnyttelse av dagslys

Tilsvarende prototyper for vegger:•Skal fange, avgi og reflektere varme etter behov

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

8 av 19

Case 3: Mer sofistikerte energiløsninger(På tegnebrettet)

• Integrerte solceller• Integrerte energilagring (batterier)• Integrert belysning• Integrert elektronikk

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

9 av 19

Andre eksempler

Brannvinduer

Antibakterielle overflater

•TiO2 (igjen…)

•Sølv

Karbonnanorør•Armering i kompositter, mulighet for energioverføring mm.

Nanofibrillær cellulose•Som over, bare billigere?

Illustrasjon fra Saint-Gobain Glass

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

10 av 19

Nanomaterialer

• Porer, overflater, partikler

• Dannet av diverse kjemiske stoffer:• Metaller (sølv, gull)• Keramiske stoffer og metalloksider• Karbon• Halvledermaterialer

Tilpasset fra Foss Hansen et al, Nanotoxicology 2007

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

11 av 19

Noe helt nytt?

Strukturer og prosesser forekommer naturlig på nanoskalaen•Grafittsjikt•Fibriller i cellulose•Aske•Proteiner og mange biologiske prosesser

Noe oppstår utilsiktet•Partikler i dieseleksos

Vanskelig å trekke noe tydelig skille•Naturlig vs menneskeskapt•Skala/størrelse

Derfor: uklare begreper og mye forvirring

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

12 av 19

Sølv:Sølvioner er kjent antibakterielt middel Også kjent risiko, har derfor vært på retur

I dag på vei tilbake, men på partikkelform

Karbonnanorør • Svært sterke• Ofte ansett som form av grafitt

Risiko?• Hypotese: Fiberformen gir adgang til lungene

og forhindrer eliminasjon• Funn: ”Frustrated phagocytosis” Ny asbest?

Unike egenskaper, men også unik risiko?

Risiko?- Hypotese 1: Som sølvioner, dvs uønsket men faller inn under tradisjonell forståelse og forvaltning.- Hypotese 2: Partikler kan ha unik risiko: Slipper inn der andre former av sølv stenges ute.

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

13 av 19

Observasjoner om risiko

Bekymringen dreier seg ikke om at

nanopartikler er spesielt farlige.

Men: ”Uskyldige” stoffer kan ha andre

egenskaper på nanonivå:• Små partikler er mer mobile• Økt overflate gir økt reaktivitet

Gjelder primært nanopartikler

Passasje av barrierer•Lunge–blod •Cellemembraner

Oksidativt stress, celleskade

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

14 av 19

Observasjoner om risiko

• NM er like forskjellige som ”ordinære kjemikalier”• Mange faller innenfor tradisjonell forståelse • Partikkelformen kan innebære unik risiko

• Flere tema er dårlig kartlagt• Karaktertrekk/mekanismer for skade• Utbredelse/eksponering• Livsløp

• NM håndteres sjelden som selvstendige komponenter.

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

15 av 19

Er vi godt skodd?

Produktlover• Produktkontrolloven

Produksjon av nanomaterialer

Avfall/Avløp

Tilvirkning av produkter

Bruk av produkter

Prosesslover• Arbeidsmiljøloven

• Forurensningsloven• Avfallsforskriften

Krever risikovurdering

som igjen danner grunnlag for:

• Klassifisering• Faremerking

Vilkår for markedsføring

Definerer farlig avfall

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

16 av 19

Hva skjer hvis vi blir lurt av førsteinntrykket?

Kan smette unna risikovurdering

Eller de byr på overraskelser som ikke

avdekkes før det er for sent.Kan vi skaffe kunnskap og kontroll?

The Norwegian Board of Technology. www.teknologiradet.no

17 av 19

Hva betyr dette for avfallsbransjen?

Nanomaterialer tilføres for å gi nye egenskaper

Men for avfallsbransjen kan de innebære uønskede forurensninger.

Problemstilling 1: miljøskade• Mangelfull kunnskap om nano-materialer gjør det vanskelig å luke ut

problembarna.• Parallell til PCB? – Neppe hva gjelder toksisitet, men kanskje hva

gjelder vår manglende evne til å luke vekk problembarn.

Problemstilling 2: kretsløpssamfunnet• Mangelfull kunnskap om nano-produkter gjør det vanskelig å

fremskaffe egnet avfallshåndtering• Eller de er integrert i andre materialer så det er vanskelig å skille

fraksjonene.