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Biozide – Suche nach Alternativen
Nanopartikel in Fassadenbeschichtungen
 
Gegen Algen und Pilze auf Fassaden werden in der Regel Biozide eingesetzt. Ob Nanosilber und photoaktives Nanotitandioxid unproblematische Alternativen oder Ergänzungen zu Bioziden darstellen, ist unklar. Die Eawag und Empa, zwei Forschungsinstitute des ETH-Bereichs, untersuchen erstmals die Auswaschung aus Fassadenanstrichen im Labor und unter Feldbedingungen. Damit werden wesentliche Grundlagen zur Dauerhaftigkeit und Risikobewertung erarbeitet.

Auf Fassadenbeschichtungen lassen sich seit einigen Jahren zunehmend Algen und Pilze beobachten. Davon betroffen sind vor allem die wärmegedämmten Kompaktfassaden an Neubauten und sanierten Gebäuden. Der Befall kann bereits innerhalb von drei bis fünf Jahren auftreten und zu einer optischen Beeinträchtigung führen. Ursache dieser Erscheinungen ist ein ungünstiger Feuchtehaushalt an der Fassade, für den in der Regel folgende Faktoren verantwortlich sind: Standortbedingungen (Grundwasser- und Gewässernähe, feuchte Böden, Abschattung, Ausrichtung der Fassade), Architektur (fehlender konstruktiver Feuchteschutz, so dass Schlagregen unmittelbar auftrifft), Bauweise (wärmegedämmte, hydrophobe Kompaktfassaden).

Biozide im Wasser gelöst
In der Schweiz werden Jährlich bis zu 14 Mio m2 Fassadenflächen verputzt oder gestrichen. Zum Schutz vor Algen und Pilzen werden in über 95 Prozent der kunstharzgebundenen Beschichtungen Filmkonservierungsmittel eingesetzt. Das Vorgehen entspricht dem Stand der Technik. Obwohl der Befall die Funktionsfähigkeit von Fassaden nicht einschränkt, können Algen und Pilze im Rahmen der Gewährleistungsfristen bei den Herstellern oder Auftragnehmern reklamiert werden.

Biozide sind nur gegen Schadorganismen wirksam, wenn sie im Wasser gelöst sind. Daher müssen die Wirkstoffe aus der Farbe oder dem Verputz herausgelöst werden können. Das bedeutet aber auch, dass sie mit dem abfliessenden Schlagregen ausgewaschen und in die Umgebung von Gebäuden gelangen. Heute lassen sich Biozide, die auch in Fassaden zum Einsatz kommen, im Klärschlamm, gereinigtem Abwasser von Kläranlagen und Gewässer nachweisen. In Siedlungsgebieten zählen die Direkteinleitungen via Regenwasserkanal von Trenn-Kanalisationen, Kläranlagenabläufe aus Misch-Kanalisationen, Regenwasserüberläufe und Regenwasserversickerung am Gebäude zu den relevanten Wegen in Grund- und Oberflächenwasser. Derzeit wird von der Eawag und Empa die Auswaschung von Bioziden sowie deren Vorkommen in Regenabflüssen und das Risiko für Gewässer untersucht.

Nanopartikel – Alternative oder Ergänzung zu Bioziden
Heute sind Silber und Titandioxid in der Grösse von Nanopartikeln (< 100 nm) im Einsatz. Um der Frage nachzugehen, ob Nanopartikel eine mögliche Alternative oder Ergänzung zu Bioziden in Fassaden darstellen, sollten vor allem folgende zwei Arten betrachtet werden.

1. Nanopartikel aus Silber: Bereits seit langem ist bekannt, dass geringste Konzentra-tionen von gelöstem Silber stark toxisch wirken. Die Wirkung beruht darauf, dass Enzyme blockiert werden und die Proteinsynthese gestört wird. Da Silber nicht ab-baubar ist, erfolgt in der Umwelt eine allmähliche Anreicherung im Klärschlamm, Sediment und Boden. Bisher waren die Silber-einträge in die Umwelt vor allem mit Foto-labors oder mit der Schmuckindustrie verbunden. Auf Grund der geringen und lokalen Eintragswege in die Umwelt hat sich die Forschung wenig mit dem Element beschäftigt. Mittlerweile werden zahlreiche Produkte mit Nanosilber hergestellt und breit eingesetzt, zum Beispiel in Desinfektionsmitteln, Pflanzenschutzmitteln, Textilien, Sanitärartikeln oder in Farben für Innen- und Aussenanwendungen. Obwohl Nanosilber in all diesen Anwendungen explizit wegen seiner bioziden Wirkung eingesetzt wird, wird es nicht als Biozid deklariert. Dies dürfte sich rasch ändern. Vermutlich hat auch die zunehmende und breite Anwendung von Nanosilber in Haus-halts- und Materialschutzprodukten dazu geführt, dass in Deutschland bereits ein Wasserqualitätsziel für Silber von 30ng/L vorschlagen wurde. Diese Konzentration ist rund dreimal niedriger als das Schweizer Gewässerqualitätsziel für Biozide und Pflanzenschutzmittel und nahe der analytischen Bestimmungsgrenze.

2. Photokatalytisch aktive Nanopartikel aus Titandioxid: Diese bilden unter Einfluss von Licht reaktive Radikale, die organisches Material zerstören. Dadurch können Algen, Pilze, Bakterien und andere organische Verschmutzungen – sogar Geruchsbeeinträchtigungen – innerhalb weniger Tage abgebaut werden. Betroffen vom Abbau sind auch die organischen Bestandteile in der Farbe und im Putz, so dass die Rezepturen optimiert werden müssen. Im klassischen Weiss-pigment Titandioxid, das als unbedenklich eingestuft wird, umfasst der Anteil von Partikeln in Nanogrösse bis zu 10 Prozent (bezogen auf Partikelzahl). Wie Silber ist auch Titandioxid nicht abbaubar. Photokatalytisch aktives Nano-titandioxid wird zum Beispiel in Oberflächenbeschichtungen von Glasscheiben, Kunststoffen, Lacken, Beton, Farben und Verputzen eingesetzt.

Untersuchungen und Umweltrisiko
Fassadenschutz kann mittels organischen Bioziden oder anorganischen Nanopartikeln erfolgen. In beiden Fällen wird von Herstellern vor allem angestrebt, die Menge klein zu halten, nicht aber auf die Stoffe ganz zu verzichten. Für die Wirksamkeit, das Auswaschungs- und Umweltverhalten muss derzeit zwischen einem bekannten Risiko durch organische Biozide und einem eher unklaren Risiko durch Nanopartikel für die Umwelt entschieden werden.

Um das potentielle Risiko zu beurteilen, untersuchen die Eawag und Empa die freisetzungsrelevanten Prozesse im Labor und Freiland – mit dem Ziel auch, neue Methoden zur Charakterisierung und Quantifizierung von Nanopartikeln in wässrigen Proben zu entwickeln. Dabei stellt die Identifizierung synthetischer Nanopartikel eine besondere Herausforderung dar, denn natürliche Partikel im gleichen Grössen-bereich treten ebenfalls auf.

Die Auswaschung von Bioziden, Nanosilber und Titandioxid wird unter dem Einfluss einer künstlichen Bewitterung im Labor untersucht. Dabei werden über 30 Tage UV-Licht, Schlagregen sowie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen gezielt variiert. Ausserdem werden an realen Gebäuden die Freisetzung von Bioziden und Nanosilber unter natürlichem Witterungseinfluss untersucht. Im aufgefangenen Fassadenabfluss wird das Vorkommen der Biozide und Nanopartikel chemisch und mikroskopisch analysiert. Darauf basierend lassen sich der Anteil des gelöst vorliegenden Silbers und der Nanopartikel quantifizieren und die Auswaschung mit verschiedenen Bioziden direkt vergleichen. Erstmals werden damit Grundlagen geschaffen, unter definierten Bedingungen ein mögliches Gefährdungsrisiko für Boden oder Wasser abzuschätzen. Mit wirkungsbezogenen Tests auf Wasserorganismen, die ebenfalls an der Eawag durchgeführt werden, wird das aquatische Belastungsrisiko durch Nanosilber evaluiert.

Für die angestrebte Risikobeurteilung von Nanopartikeln müssen analytische Methoden, Wirkungstests und Bewertungskriterien erst erarbeitet werden. Im Vergleich mit der chemischen Analytik von Bioziden liegt die Forschung bei der Analytik von Nanopartikeln noch weit zurück.

Nano versus Biozide
Die Ergebnisse werden die Möglichkeit eröffnen, das Gelernte auch auf andere Nanopartikelquellen zu übertragen. Da in einigen synthetischen Nanopartikeln Elemente vorkommen, deren umwelt- und gesundheitsbelastendes Potenzial klar ist, ist nach heutigem Kenntnisstand eine Empfehlung oder Anwendung von Nanopartikeln im Vorwege sehr genau zu prüfen. Ob also Nanopartikel in Fassaden tatsächlich eine brauchbare und nützliche Alternative darstellen, müssen die Forschungsergebnisse zur Auswaschung erst aufzeigen.

Der rechtliche Regulierungs- und Deklara-tionsbedarf wird von vielen Seiten angemahnt. Die unklaren Definitionen und der ungeregelte Einsatz von Nanopartikeln birgt a priori ein unüberschaubares Risiko, das auch Verunsicherung und Angst auslösen kann. Bereits heute wird der Einsatz von Bioziden kritisch verfolgt. Gleiches wird zu Nanopartikeln ebenfalls zu erwarten sein. Die Zulassung von Nanopartikeln in Fassadenbeschichtungen und Deklaration im Sinne der Biozidproduktverordnung würde dieser Situation angemessen sein und den Verbraucher vor noch unbekannten Risiken effizienter schützen.

Interdisziplinäre Forschung im Projekt URBIC-NAFAS
Im Rahmen des Projekts «Nanopartikel in Fassaden und deren Vergleich mit Bioziden» arbeiten Eawag und Empa eng mit der ETH Zürich, dem Forschungszentrum Karlsruhe und der Universität Duisburg-Essen zusammen. Unterstützung erfährt das Projekt ebenfalls durch Hersteller von Bioziden, Farben und Verputzen sowie verschiedene Verbände.

Weitere Informationen: www.eawag.ch/urbic. 
 
Ausgabe "2008/4 - Juni" bestellen
 
Text Michael Burkhardt, Ralf Kägi, Brian Sinnet, Steffen Zuleeg, Hans Simmler, Roger Vonbank, Samuel Brunner, Andrea Ulrich, Adrian Wichser, Markus Boller
Bild Eawag
 
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