Maßstäbe zur Beurteilung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen

Grenzwerte in Deutschland

Zurzeit wird in deutschen wissenschaftlichen Kreisen die Frage der krebserzeugenden Wirkung granulärer biobeständiger Stäube ohne bekannte spezifische Toxizität (GBS) intensiv diskutiert. Diese Diskussion könnte in eine drastische Absenkung des Allgemeinen Staubgrenzwertes von derzeit 3 mg/m³ für die Alveolengängige Fraktion münden.

Entsprechend der Technischen Regel für Gefahrstoffe  „Arbeitsplatzgrenzwerte“ (TRGS 900) gilt der Allgemeine Staubgrenzwert nicht für die ultrafeine  (und man darf ergänzen: auch nicht für die Nano-) Partikelfraktion. Dennoch ist er insbesondere mit Blick auf die zuvor genannte mögliche Absenkung als eine Obergrenze zu betrachten.

Die Bundesanstalt für Arbeitschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) hat für die Exposition gegenüber Toneremissionen aus Kopiergeräten eine Risikoabschätzung durchgeführt. In Anwendung der vom Ausschuss für Gefahrstoffe des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales beschlossenen Risikogrenzen (Bekanntmachung 910) [1] für Tätigkeiten mit krebserzeugenden Gefahrstoffen ergeben sich für alveolengängigen Toner-GBS folgende Konzentrationswerte: Toleranzrisiko bei 0,6 mg/m³, Akzeptanzrisiko derzeit bei 0,06 mg/m³ und ab 2018 bei 0,006 mg/m³ [2].

Grenzwertvorschläge  in den USA und in UK

International sind ebenfalls keine verbindlichen Grenzwerte für Nanopartikel festgelegt worden. Das US-amerikanische Arbeitsschutzinstitut NIOSH hat 2011 für feines Titandioxid (> 0,1 µm) einen Beurteilungswert von 2,4 mg/m³ und für ultrafeines (einschließlich absichtlich hergestelltem nanoskaligen) Titandioxid einen Wert von 0,3 mg/m³ vorgeschlagen [3]. Der britische Standard BSi PD 6699-2:2007 „Nanotechnologies – Part 2: Guide to safe handling and disposal of manufactured nanomaterials” [4] schlägt in einem pragmatischen Ansatz sogenannte „Benchmark Exposure Levels“ als Leitwerte vor, um ein verantwortbares Sicherheitsniveau zu erreichen. Diese Werte bieten jedoch nicht die Sicherheit von gesundheitsbasierten Arbeitsplatzgrenzwerten. Basierend auf dem Vorschlag der NIOSH wird für unlösliche Nanomaterialien beispielsweise als Benchmark-Wert der 0,066-fache Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) als Massenkonzentration empfohlen. Als Alternative wird die untere Grenze der ubiquitären Konzentration in belasteten Gebieten von 20 000 Partikel/cm³ als "Benchmark" vorgeschlagen. Die Autoren haben wahrscheinlich einen Durchmesserbereich, für den diese Höchstkonzentration gelten soll, mitgedacht - dieser wird jedoch in dem Dokument nicht angegeben.

Für faserförmige Nanomaterialien wird in Anlehnung an den britischen Richtwert für Asbest bei Sanierungsarbeiten ein Wert von 10 000 Fasern/m³ empfohlen.

Anforderungen an einen vorläufigen Beurteilungsmaßstab

Ein pragmatischer Vorschlag zur Beurteilung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen muss folgenden, sich in ihrer Konsequenz zum Teil widersprechenden Forderungen Rechnung tragen:

• Wenn aufgrund mangelnder Informationen zu einem Produkt eine Gefahrstoffwirkung unterstellt werden muss, ist das Vorsorgeprinzip (gemäß der EU-Mitteilung vom Februar 2000) [5] anzuwenden.
• Der Allgemeine Staubgrenzwert darf als Obergrenze keinesfalls überschritten werden.
• Der Stand der Technik muss berücksichtigt werden. Insbesondere sollten keine Schichtmittelwerte vorgeschlagen werden, die mit technischen Maßnahmen leicht unterschritten werden können.
• Der vorgeschlagene Beurteilungswert muss unter messtechnischen Aspekten eine einfache Überwachung erlauben. Weitergehende aufwendige bildgebende Untersuchungsverfahren, beispielsweise Rasterelektronenmikroskopie, können im Routinebetrieb nicht eingesetzt werden.

Die “Working party on Manufactured Nanomaterials” der OECD hat sich auf eine Liste prioritär zu bearbeitender Nanomaterialien geeinigt [6]. Die Tabelle zeigt für die meisten dieser Materialien (ergänzt um typischen A-Staub [7]), die Teilchenzahlkonzentration, die notwendig ist, um für eine gegebene Größe der Partikel (20, 50, 100, 200 nm) eine Massenkonzentration von 0,1 mg/m³ zu erreichen. 

N: Teilchenzahlkonzentration, die notwendig ist, um mit Teilchen der angegebenen Größe in nm eine Massenkonzentration von 0,1 mg/m³ zu erreichen.

Die in der OECD-Liste genannten Stoffe, die hier nicht exemplarisch berechnet wurden, sind:

• Carbon Black, dessen wahre, auf der Mikrokristallinität beruhende Dichte ca. 1 850 kg/m³ beträgt, während die Dichte pelletierter Agglomerate im Bereich von 100 bis 500 kg/m³ liegt.
• Die Dichte von Schichtsilikaten (Nanoclays) und Siliciumdioxid liegt meist im Bereich von 2 200 kg/m³ (amorph) bis 2 650 kg/m³ (kristallin) und damit im Bereich des gängigen A-Staubes.

Der Tabelle ist zu entnehmen, dass beispielsweise für 200 nm große Goldpartikel eine Konzentration von 1 236 dieser Goldpartikel/cm³ Luft zu einer Massenkonzentration von 0,1 mg/m³ führen würde. Die Anwendung des im zuvor erwähnten BSi-PAS-Standard genannten Wertes von 20 000 Partikel/cm³ auf 200 nm große Goldpartikel ergibt eine Massenkonzentration von ca. 1,6 mg/m³. Diese Konzentration liegt im Bereich des heutigen Allgemeinen Staubgrenzwertes für die Alveolengängige Staubfraktion und deutlich oberhalb des derzeit diskutierten Schwellenwertes, der entzündliche Effekte der GBS verhindern soll.

Für alle Substanzen mit einer Partikelgröße von 200 nm und einer Dichte größer als Eins ist davon auszugehen, dass eine Partikelkonzentration von 20 000/cm³ einer Massekonzentration (oder deren Vielfachem) von 0,1 mg/m³ entspricht. Umgekehrt entsprechen 20 000 Goldpartikel mit einer Größe von 20 nm pro cm³ Luft einer Massenkonzentration von nur 0,0016 mg/m³. Dies wäre deutlich unterhalb des A-Staub-Grenzwertes. Andererseits wäre eine Konzentration von 1 235 400 Goldpartikel (Größe 20 nm)/cm³, entsprechend 0,1 mg/m³, leicht messbar und in Anwendung des Vorsorgeprinzips mittels technischer Maßnahmen deutlich zu reduzieren.

Aus der Tabelle wird auch deutlich, dass angesichts einer Spannweite der Größenordnung der Nanopartikel und deren Dichte über jeweils mehr als eine Zehnerpotenz sich eine Bandbreite an Teilchenzahlkonzentrationen über mehr als fünf Zehnerpotenzen ergibt, die mit heutigen Messgeräten nicht abgedeckt werden kann. Insofern müssen Größe und Dichte der Nanopartikel als Ordnungskriterien genutzt werden für eine Ableitung von Beurteilungswerten.

Angesichts der herrschenden Unsicherheit über die Wirkung von Nanopartikeln und der Notwendigkeit, für die Betriebe pragmatische Regelungen zu finden, schlägt das IFA basierend auf seinen messtechnischen Erfahrungen und der Nachweisgrenze der derzeit eingesetzten Messverfahren für die Überwachung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen in den Betrieben folgende auf die Schicht bezogene Beurteilungswerte als Erhöhung gegenüber einer Hintergrundbelastung vor:

1. Diese Beurteilungswerte zielen auf die Minimierung der Exposition nach dem Stand der Technik und sind nicht toxikologisch begründet. Auch bei Einhaltung dieser Beurteilungswerte kann für die Beschäftigten ein gesundheitliches Risiko bestehen.
2. Für Metalle, Metalloxide und andere biobeständige granuläre Nanomaterialien mit einer Dichte > 6 000 kg/m³ soll eine Teilchenzahlkonzentration von 20 000 Partikel/cm³ im Messbereich von 1 bis 100 nm nicht überschritten werden.
3. Für biobeständige granuläre Nanomaterialien mit einer Dichte unter 6 000 kg/m³ soll eine Teilchenzahlkonzentration von 40 000 Partikel/cm³ im Messbereich von 1 bis 100 nm nicht überschritten werden.
4. Für die Beurteilung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen gegen nanoskalige Partikel oder Agglomerate/Aggregate größer als 100 nm sehen wir noch erheblichen Diskussionsbedarf. Für 500 nm große Aggregate von Titandioxid entsprechen 360 Partikel/cm³ einer Massenkonzentration von 0,1 mg/m³. Mit heutigen Messgeräten für die Anzahlkonzentration wäre diese Konzentration allenfalls unter Quasi-Reinraumbedingungen messtechnisch zu erfassen. In typischer industrieller Umgebung wäre diese Konzentration angesichts einer ubiquitären Belastung von 20 000 Partikel/cm³ oder mehr nicht nachweisbar. Allerdings ist die entsprechende Massenkonzentration von 0,1 mg/m³ Titandioxid für die Dokumentation der betrieblichen Bedingungen mit konventionellen analytischen Methoden sicher zu bestimmen.
5. Aufgrund der zunehmenden Hinweise, dass biobeständige CNTs, die der WHO-Faser-Definition entsprechen oder vergleichbare Dimensionen haben, eine dem Asbest ähnliche Wirkung entfalten könnten, empfehlen wir dringend, nur solche CNTs zu verwenden, die auf diesen Endpunkt getestet wurden (Herstellerdeklaration!). Für Kohlenstoffnanoröhren (CNT), für die eine solche Herstellerdeklaration nicht vorliegt, wird basierend auf der Exposition-Risiko-Beziehung für Asbest [8] eine vorläufige Faserkonzentration von 10 000 Fasern/m³ zur Beurteilung vorgeschlagen. Neben der Anwendung von Schutzmaßnahmen nach dem Stand der Technik ist auch bei Einhaltung der genannten Beurteilungswerte das Tragen von Atemschutz und persönlicher Schutzkleidung empfohlen. Die Einrichtung von Schwarz-Weiß-Bereichen ist zu prüfen.
   
   Zurzeit mangelt es jedoch für die betriebliche Überwachung des oben genannten Wertes an Sammelmethoden, deren Eignung nachgewiesen wurde, an entsprechenden Analysenmethoden und Kriterien zur Auszählung der Fasern und der Bestimmung der Faserkonzentration. Hier besteht dringender Bedarf, Analysenmethoden und Konventionen zur Auswertung zu erarbeiten.
   Übergangsweise sollte eine Teilchenzahlkonzentration von 20 000 Partikel/cm³ nicht überschritten werden. Dies entspräche im worst case jedoch einer Faserkonzentration von 20 Milliarden Fasern/m³ und verdeutlicht, dass die bisherigen Methoden zur Bestimmung der Teilchenzahlkonzentration von CNT am Arbeitsplatz unbefriedigend sind. Einige Firmen setzten firmenintern Richtwerte als Massenkonzentrationswerte auf der Basis des Restgehalts an metallischen Katalysatoren in den CNT fest.
6. Für ultrafeine Flüssigpartikel (wie z. B. Fette, Kohlenwasserstoffe, Siloxane) sollten wegen des Nicht-Wirksamwerdens von Effekten von Feststoffpartikeln die gültigen MAK-Werte bzw. AGW Anwendung finden.
7. Die zuvor genannten Beurteilungswerte sind auf ultrafeine Partikel (siehe Definition) nicht anzuwenden. Für einige Verfahren und Technologien, bei denen ultrafeine Partikel entstehen, existieren bewährte Schutzmaßnahmen und verbindliche Vorgaben beim Umgang. Beispiele sind Schweißrauche und Dieselmotoremissionen. Das hierzu bestehende, auf aktuellem Erkenntnisstand erarbeitete Vorschriften- und Regelwerk sollte bis zum Vorliegen neuer Erkenntnisse angewendet werden.

Die hier vorgeschlagenen Beurteilungswerte sollten keinesfalls mit gesundheitsbasierten Arbeitsplatzgrenzwerten verwechselt werden. Diese Beurteilungswerte und die zugrunde liegenden Messverfahren und -strategien müssen in der Praxis erprobt und ggf. neueren Erkenntnissen angepasst werden. Das IFA wird hier in geeigneter Form die Diskussion mit den Anwendern suchen.