• Projektnummer: F 2528
• Projektdurchführung: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)
• Status: Abgeschlossenes Projekt

Projektbeschreibung:

Wenn neue Materialien entwickelt werden, eröffnet dies nicht nur Chancen für innovative Produkte und effizientere Produktionsprozesse, sondern erfordert zugleich die systematische Ermittlung und Berücksichtigung möglicher Sicherheits- und Gesundheitsrisiken bei Herstellung und Anwendung.

Das Projekt HARMLESS verfolgte einen neuen Ansatz, um die sichere Gestaltung von innovativen Materialien zu unterstützen. Dazu wurden moderne Prüfmethoden (NAM) zu einer nutzerfreundlichen Toolbox zusammengeführt und ein digitales Entscheidungshilfesystem erstellt, das passende Methoden automatisch auswählt und Ergebnisse verständlich aufbereitet. Das Ziel war, Unternehmen aller Größen einen einfachen Zugang zu zuverlässigen Sicherheitsinformationen zu ermöglichen. Fallstudien halfen, das System unter realen Bedingungen zu testen und zu verbessern.

Die BAuA forschte zur Fähigkeit von Fresszellen, faserförmige Partikel aus der Lunge zu entfernen und welche Fasereigenschaften dies verhindern.  Neben dem schon bekannten Einfluss von Länge, Lungengängigkeit und Beständigkeit zeigte sich, dass auch eine hohe Biegesteifigkeit von Fasern entscheidend deren Aufnahme durch die Fresszellen verhindert. Diese vier Eigenschaften charakterisieren Fasern hinreichend, um potenzielle gesundheitliche Risiken abzuleiten und sie als „kritische Fasern“ einzustufen. Gleichzeitig bilden sie die Grundlage für die Ableitung von Leitlinien für die Entwicklung innovativer Fasermaterialien, die ein hohes Maß an Chemikaliensicherheit gewährleisten und eine nachhaltige Gestaltung ermöglichen.

Aus Laborbefunden und Modellrechnungen wurde ein Schwellenwert für die Biegesteifigkeit (Rigidität) bestimmt, unterhalb dessen Fasern von den Zellen verbogen, verdichtet und damit vollständig aufgenommen werden. Er wurde außerdem zur Ableitung eines Mindestdurchmessers genutzt, der in regulatorischen Vorschlägen als wichtiges Kriterium für kritische Fasern aufgenommen wurde.

Ein weiteres Forschungsthema befasste sich mit der Neigung mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhrchen (MWCNTs), unter mechanischer Beanspruchung kritische Fasern in die Luft freizusetzen, welche eingeatmet werden könnten.. Es zeigte sich, dass die Freisetzung einzelner Fasern stark davon abhängt, wie diese im Pulver angeordnet sind und wie steif sie sind. Diese Merkmale wiederum hängen vom Herstellungsprozess ab. Durch die Kombination mikroskopischer Durchmessermessungen und modellbasierter Abschätzungen wurde eine Methode entwickelt, mit der MWCNT-Pulver hinsichtlich ihrer Neigung, kritische Fasern freizusetzen, in niedrige, moderate oder hohe Kategorien eingestuft werden können. Dadurch lässt sich vorhersagen, wann bei der Verarbeitung mit einer stärkeren Freisetzung einzelner kritischer Fasern zu rechnen ist.

Mit dem im Projekt entwickelten neuen Ansatz, der praxisnahen Toolbox und dem digitalen Entscheidungshilfesystem, wird nun die sichere Entwicklung neuer Materialien erleichtert und die Risikobewertung verständlicher und zugänglicher gemacht.