Durch die zunehmende Verwendung von Nanomaterialien in unterschiedlichsten Branchen kommen immer mehr Arbeitnehmer:innen in ihrem beruflichen Alltag mit nanoskaligen Partikeln in Berührung. Dringen diese in den Körper ein, beispielsweise durch Einatmen, können sie Entzündungsreaktionen auslösen und das Risiko für Krebs erhöhen. Die Festlegung von spezifischen Arbeitsplatzgrenzwerten ist daher das Gebot der Stunde. Auf dem Weg dorthin gilt es allerdings einige Hürden zu überwinden.
Zunehmende Exposition am Arbeitsplatz
Nanomaterialien (NM) bzw. technisch hergestellte Nanomaterialien (ENMs, Engineered Nanomaterials) werden aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, wie etwa erhöhter mechanischer Festigkeit oder verbesserter elektrischer Leitfähigkeit, vermehrt in Branchen wie Kosmetik, Gesundheitswesen, Textilien und Elektronik eingesetzt. Der weltweite Markt für ENMs wird bis 2029 voraussichtlich 30 Milliarden Euro überschreiten (2020: 9 Mrd. Euro). Zu den am häufigsten verwendeten NM gehören Siliziumdioxid (z. B. in Autoreifen), Titandioxid (UV-Schutz in Sonnencreme) oder Kohlenstoffnanoröhren (z. B. als Kunststoffadditiv).
Laut Definition bewegen sie sich im Größenbereich zwischen 1 und 100 nm (äußere Dimensionen oder Innen-/Oberflächenstruktur) und kommen in verschiedenen Formen vor, etwa als Partikel, Faser oder Plättchen. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist mit 60 µm rund 1000-mal so dick.
Durch die breite Anwendung von ENMs steigt die berufliche Exposition, die in der Regel höher ist als die alltägliche. NM werden häufig während des Herstellprozesses (bspw. durch Beschichtung oder Matrixeinbettung) eingesetzt, auch wenn das Endprodukt sie nicht in freier Form enthält. Die Aufnahme erfolgt durch Einatmen, Verschlucken bzw. über die Haut oder die Augen. Inhalation kommt am häufigsten vor und ist daher auch die Hauptursache für potenzielle gesundheitsschädliche Folgen.
Gesundheitliche Auswirkungen der Exposition aufgrund der geringen Größe von Nanomaterialien
Die kleinen Dimensionen, die Nanomaterialien ihre besonderen Fähigkeiten verleihen, sind auch für ihre negativen gesundheitlichen Auswirkungen verantwortlich. Die Toxizität von NM hängt stark von ihren physikochemischen Eigenschaften ab, wie etwa Partikelgrößenverteilung, Geometrie und chemischer Zusammensetzung. Kleinere Fasern und Partikel (lungengängiger Staub) dringen bis in den Alveolarbereich vor, wo sie eine Entzündungsreaktion auslösen. Kleinere Partikel führen dabei bei ähnlicher Massenkonzentration zu stärkeren Reaktionen als größere. Partikelinduzierte Entzündungen stehen im Zusammenhang mit Lungenkrebs, Fibrose und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Diese lungengängigen Partikel sind zentral für die Festlegung von Arbeitsplatzgrenzwerten (AGW/OELs, Occupational Exposure Limits).
Während sich wasserlösliche NM auflösen, verbleiben unlösliche Partikel länger in tiefen Lungenbereichen. Von den Atemwegen aus können NM in den Blutkreislauf und in Organe (Leber, Gehirn, Nieren), sich dort anreichern, Zellen beschädigen und das langfristige Krebsrisiko erhöhen. Die genauen Toxizitätsmechanismen werden derzeit weiter untersucht.
Mangels gesetzlicher Arbeitsplatzgrenzwerte kommt der Information und Sensibilisierung eine zentrale Rolle zu
Derzeit gibt es in der EU keine verbindlichen, spezifischen AGW für NM. Die Exposition wird durch generische Schwellenwerte wie Staubgrenzwerte geregelt.
NM fallen in der EU unter den allgemeinen Rechtsrahmen für Chemikalien, der auf drei Richtlinien basiert:
- Richtlinie 89/391/EWG: Mindestanforderungen für Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz
- Richtlinie 98/24/EG: Mindestanforderungen zum Schutz vor Exposition gegenüber chemischen Stoffen (nicht spezifisch für NM)
- Richtlinie 2004/37/EG: Vorschriften für karzinogene und mutagene Stoffe, inkl. Grenzwerte für prozessbedingte NM (z. B. Dieselabgase)
Arbeitgeber:innen müssen Risikobewertungen auch für Stoffe, die nicht in der Karzinogen-Richtlinie abgedeckt sind, durchführen und beispielsweise allgemeine Staubgrenzwerte heranziehen. Diese Grenzwerte sind jedoch weitaus weniger restriktiv als materialbezogene AGW.
Die Europäische Agentur für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (EU-OSHA) unterstützt hierbei durch Bereitstellung von Informationen, Sensibilisierung für das Thema sowie evidenzbasierte Politikgestaltung. Dazu veröffentlichte die EU-Kommission 2014 ihre Guidance on the protection of the health and safety of workers from the potential risks related to nanomaterials at work. Dieses Dokument enthält eine Zusammenfassung vorläufiger AGW für einige der in Europa am häufigsten verwendeten Nanomaterialien.
Herausforderungen bei der Entwicklung evidenzbasierter Arbeitsplatzgrenzwerte – das Vorsorgeprinzip bleibt maßgeblich
Laufende Diskussionen auf europäischer Ebene fordern intensivere Forschung zur Erzeugung robuster toxikologischer und epidemiologischer Daten, einer Voraussetzung für die Festlegung gesundheitsbezogener Arbeitsplatzgrenzwerte.
Die Festlegung von evidenzbasierten Arbeitsplatzgrenzwerten (AGW) für NM stellt den Arbeitnehmer:innenschutz vor erhebliche Herausforderungen. Da sich ENMs nicht nur in ihrer chemischen Zusammensetzung (z. B. Kohlenstoff, Silber, Metalloxide) unterscheiden, sondern auch in ihrer Morphologie (z. B. ein- oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, kugelförmige Partikel), ihrer Größenverteilung und ihrem Oberflächenmodifikationsgrad, ist die Gewinnung valider Daten äußerst zeit- und ressourcenintensiv. Jeder dieser Faktoren beeinflusst stark, wie NM mit biologischen Systemen interagieren. Zudem werden gesundheitliche Auswirkungen durch die im Vergleich zur Bulkform desselben Materials stark vergrößerte spezifische Oberfläche der Partikel potenziell verstärkt.
Um den Schutz der Beschäftigten auch bei lückenhafter Datenlage und in Abwesenheit spezifischer AGW zu gewährleisten, greift in der Praxis das Vorsorgeprinzip. Die EU-Richtlinie 89/391/EWG nimmt Arbeitgeber:innen uneingeschränkt in die Pflicht, die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer:innen zu schützen. In Abwesenheit gesetzlicher Grenzwerte müssen daher spezifische Risikomanagementstrategien implementiert werden, um die Exposition gegenüber Stoffen mit unbekannter Toxizität zu minimieren, ohne dabei Innovation und technologischen Fortschritt auszubremsen.
Arbeitgeber:innen müssen eine robuste Risikomanagementstrategie implementieren
Leitfäden internationaler und nationaler Institutionen – wie der EU-Kommission, der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und nationaler Behörden – strukturieren dieses Risikomanagement in der Regel wie folgt:
- Identifizierung der Nanomaterialien: Erfassung von Quelle und Form (z. B. in einer Matrix gebunden oder in Lösung)
- Bewertung des Gefährdungspotenzials: Untersuchung der physikochemischen Eigenschaften und der Toxizität
- Expositionsbeurteilung: Ermittlung von Wegen und Dauer der Exposition der Arbeitnehmer:innen
- Risikocharakterisierung: Quantifizierung des Risikos auf Basis von Gefahr und Exposition
- Risikomanagement: Umsetzung konkreter Schutzmaßnahmen
Konkret müssen Arbeitgeber:innen Strategien zur Risikominderung anwenden, die beispielsweise die Substitution gefährlicher ENMs durch sicherere Alternativen, die Reduktion von Emissionen an der Quelle sowie eine Expositionsverringerung durch ausreichende Belüftung und Luftfilter umfassen. Ergänzt werden diese technischen Maßnahmen durch die Schulung der Mitarbeiter:innen sowie die Bereitstellung persönlicher Schutzausrüstung wie Gesichtsmasken oder Schutzkleidung. Dieses strukturierte Vorgehen stellt sicher, dass Unternehmen auch ohne materialspezifische AGW ihrer Verantwortung nachkommen können.
Standardisierung der Messmethoden und Entwicklung gesundheitsbasierter Grenzwerte als zukünftige Handlungsfelder
Dennoch bleibt der Arbeitnehmer:innenschutz aufgrund der erschwerten Detektion, Identifikation und der enormen Vielfalt von ENMs anspruchsvoll. Um dem entgegenzuwirken, arbeiten Regulierungsbehörden intensiv an der Standardisierung von Methoden zur Klassifizierung, Erkennung und Charakterisierung von NM. Diese Initiativen verlaufen auf mehreren Ebenen und umfassen ISO- und CEN-Normen ebenso wie die Aktivitäten der OECD-Arbeitsgruppe Working Party on Manufactured Nanomaterials (WPMN). Ziel ist es, zuverlässige Messungen zu ermöglichen und die Entwicklung evidenzbasierter AGW zu beschleunigen.
Für die Zukunft sollten Entscheidungsträger:innen einen kontinuierlichen Dialog zwischen allen Interessengruppen – Forscher:innen, Aufsichtsbehörden, Arbeitnehmer:innen und Arbeitgeber:innen – fördern, um neue wissenschaftliche Erkenntnisse rasch in kohärente Rechtsvorschriften und Schutzmaßnahmen zu überführen. Eine verbesserte Datenerhebung zur industriellen Verwendung von Nanomaterialien ist dabei von entscheidender Bedeutung, um die reale Exposition wirksam zu lenken. Abschließend ist es essenziell, gezielte Ressourcen für Aufklärung und Information bereitzustellen, um insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) bei der Risikoermittlung sowie der Umsetzung geeigneter Überwachungs- und Schutzmaßnahmen effektiv zu unterstützen.
Für genauere Informationen zum Thema verweisen wir auf das NanoTrust-Dossier Nr. 69 „Arbeitsplatzgrenzwerte von Nanomaterialien“.