The world’s first model for engineered nanoparticles in surface waters

Nieuws

's Werelds eerste model voor nanodeeltjes in oppervlaktewateren

Gepubliceerd op
3 juni 2015

Onderzoekers van Wageningen University komen met het eerste gedetailleerd ruimtelijke model ter wereld, dat het gedrag en transport van gefabriceerde nanodeeltjes (ENP's) in oppervlaktewateren nabootst. De Wageningse onderzoeker Bart Koelmans gaf het volgende commentaar: 'Dit is van belang om de veiligheid van nanotechnologie te waarborgen. We moeten de risico's van ENP's voor mens en milieu kunnen inschatten.'

Nanotechnologie ontwikkelt zich in hoog tempo, en het gevolg is een snelle stijging van de uitstoot van gefabriceerde nanodeeltjes (engineered nanoparticles) van minder dan 100 nm. Omdat ENP's moeilijk te meten zijn in het milieu, moet de blootstelling van organismen ingeschat worden aan de hand van modellering. Eerdere modellen konden alleen de gemiddelde achtergrondconcentraties berekenen, op continentale of nationale schaal.

NanoDUFLOW

Het nieuwe NanoDUFLOW-model, ontwikkeld door Joris Quik, Jeroen de Klein en Bart Koelmans, en onlangs beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Water Research, is echter in staat de concentraties ENP's en hun homo- en heteroaggregaten in ruimte en tijd te simuleren, voor elk hydrologisch stroomregime van een rivier. De NanoDUFLOW is uitgerust met een algoritme dat alle relevante interacties tussen 35 soorten deeltjes, waaronder de ENP's, berekent en beslist over aggregatie, neerslaan of verder stromen in de rivier. De snelheid van deze interacties hangt af van de stromingscondities in de rivier, die berekend worden in de hydrologiemodule van NanoDUFLOW. Deze instelbare module kan worden afgestemd op de kanaalstructuur van door de gebruiker gedefinieerde stroomgebieden, wat een grote flexibiliteit oplevert.

Ontwikkeling van het model

De ontwikkeling van het model verliep niet zonder slag of stoot. ENP's zijn chemicaliën met unieke eigenschappen, die sterk in opkomst zijn. Dit hield in dat er een aantal nieuwe procesbeschrijvingen moest worden ontwikkeld. Een van de belangrijkste parameters in dit nieuwe type modellen is de hechtingsefficiëntie. De hechtingsefficiëntie is de kans dat twee deeltjes bij elkaar blijven wanneer ze botsen - een kans die afhangt van de aard van de botsende deeltjes en de chemische samenstelling van het water. Er moest een slimme berekeningsmethode worden ontwikkeld om de hechtingsefficiëntie te schatten op grond van laboratoriumexperimenten met ENP's en natuurlijke deeltjes en watermonsters die in het veld waren verzameld.

Gebruik van NanoDUFLOW voor risicobeoordeling van nanomaterialen

Vanuit de samenleving klinkt de roep om een analyse van de risico's van ENP's voor mens en milieu, om de veiligheid van nanotechnologie te kunnen waarborgen. Voor een risicobeoordeling van ENP's moeten de ENP-blootstelling en de door ENP's veroorzaakte effecten worden geanalyseerd, welke vervolgens kunnen worden vergeleken in een risicokarakterisering. Hoewel screeningmodellen voorlopig de eerste keus blijven voor risicobeoordeling op de lagere niveaus, wordt aangenomen dat NanoDUFLOW nuttig is voor de hogere niveaus, waarin locatiespecifieke risico's moeten worden aangepakt. Simulaties met NanoDUFLOW toonden aan dat er in de waterkolom en in sedimenten duidelijke ‘hotspots’ met ENP-verontreiniging voorkomen. Verder wist NanoDUFLOW de speciatie van ENP's in verschillende groottefracties na te bootsen. Deze speciatie bepaalt welke ENP-fracties ecotoxicologisch relevant zijn, voor verschillende organismen. Ook in dit opzicht levert NanoDUFLOW een bijdrage aan het verfijnen van de risicobeoordeling voor ENP's. 

.