Koolstofnanobuisjes hebben vooruitgang geboekt in de richting van energie- en gezondheidstoepassingen, maar er blijven misvattingen bestaan

Het toenemende gebruik van koolstofnanobuisjes (CNT’s) – en een voorstel in de Europese Unie om de hele klasse van materialen te verbieden – benadrukt de noodzaak van een bijgewerkte en gestandaardiseerde aanpak om de menselijke en milieueffecten van CNT’s en producten die deze bevatten te beoordelen, aldus een nieuwe gezamenlijke studie, mede geschreven door onderzoekers van Rice University.

Jaarlijks wordt meer dan 5.000 ton CNT’s geproduceerd voor gebruik in onderzoekslaboratoria en commerciële industrieën. Vanwege hun unieke eigenschappen worden CNT’s gebruikt in diverse toepassingen, zoals batterijen, lichtgewicht bouwmaterialen, functioneel textiel, draagbare apparaten en in toenemende mate in biomedisch onderzoek.

“Nu we op weg zijn naar een schone en gediversifieerde energie- en materialenrevolutie, heeft het veld van geavanceerde materialen behoefte aan een duidelijk gedefinieerd, wetenschappelijk onderbouwd pad in meting, identificatie, classificatie en rapportage gedurende de gehele levenscyclus van materialen, van ontwikkeling tot verwijdering, om schaal CNT’s volledig op in alle sectoren en industrieën, terwijl het ook de samenleving en het milieu ten goede komt”, zegt Rachel Meidl, fellow in energie en duurzaamheid bij Rice’s Baker Institute for Public Policy en co-auteur van het onderzoek. gepubliceerd in het journaal Natuurrecensies Materialen.

In 2019 heeft een niet-gouvernementele organisatie in de Europese Unie (EU) koolstofnanobuisjes toegevoegd aan een lijst van chemicaliën waarvan zij vinden dat deze ‘in de EU moeten worden beperkt of verboden’, daarbij verwijzend naar zorgen uit enkele van de vele gepubliceerde werken die de toxicologie bestuderen. en persistentie in het milieu van koolstofnanobuisjes.

De auteurs van de nieuwe studie onderzochten hoe koolstofnanobuisjes chemisch zijn geclassificeerd, gezien hun vele, uiteenlopende vormen en manieren om ze te verwerken, aan te passen of te gebruiken. De resultaten van toxicologische en milieustudies liepen sterk uiteen, afhankelijk van deze verschillende vormen van koolstofnanobuisjes en de manier waarop de onderzoeken werden uitgevoerd.

“We realiseerden ons dat er zoveel verschillende vormen van koolstofnanobuisjes waren, dat het vreemd leek dat zulke uiteenlopende materialen zelfs onder één naam konden worden geclassificeerd”, zegt Daniel Heller, co-auteur van de studie, hoofd van het Cancer Nanomedicine Laboratory in Memorial. Sloan Kettering Cancer Center en een Rice-alumnus.

“We ontdekten ook dat de toxicologische en milieurisico’s van koolstofnanobuisjes sterk afhankelijk zijn van deze verschillen, net zoals hoe verschillende vormen van siliciumdioxide de longziekte silicose kunnen veroorzaken of kunnen helpen je tanden schoon te houden als ingrediënt in tandpasta.”

De auteurs suggereren dat de omvang en prevalentie van deze materialen en het genuanceerde en inconsistente risicobeeld vereisen dat ze nauwkeuriger worden geclassificeerd en gedefinieerd om toxicologische en milieurisico’s te identificeren. Onderzoekers moeten consistentere classificatiemethoden, meetnormen en aandacht besteden aan potentiële toxicologische en milieueffecten gedurende de volledige levenscyclus van de materialen die koolstofnanobuisjes bevatten, ook wanneer ze worden gebruikt om meer giftige of vervuilende materialen te vervangen, zeiden ze.

De auteurs bevelen de constructie aan van een alomvattend raamwerk voor het classificeren, karakteriseren en beoordelen van potentiële gevolgen voor de gezondheid, het milieu en de veiligheid van CNT’s, omdat dit een positieve impact zou hebben op zowel onderzoek als de industrie. En deze taken zullen beleidsmakers voorzien van de datagestuurde instrumenten om selectief de subsets van CNT’s te reguleren die als een hoog risico worden beschouwd, en er tegelijkertijd voor te zorgen dat eventuele beperkingen op de synthese, productie, productie, gebruik, transport en verwijdering wetenschappelijk onderbouwd zijn en minimaal verstorend zijn voor de samenleving. het opkomende gebied van koolstofnanomaterialen.

Bovendien zal de transitie naar een circulaire koolstofeconomie betekenen dat onderzoekers zullen werken aan het ontwerpen van afval of het gebruik van koolstof-naar-waarde-trajecten die CNT aan het einde van het gebruik en op CNT gebaseerde producten als een hulpbron beschouwen.

“Koolstofnanobuisjes hebben mogelijk veel minder energie- en materiaalvereisten en minder gevolgen voor het milieu en de samenleving dan andere materialen, waardoor ze ideaal zijn voor de energietransitie”, zegt co-auteur Matteo Pasquali, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering van AJ Hartsook en directeur. van de Carbon Hub van Rice. ‘Ze zijn bijvoorbeeld het enige geloofwaardige alternatief voor koper en aluminium voor grootschalige elektrificatie en voor staal voor grootschalige bouw.

“De toxicologische onderzoeken die in de beginperiode zijn uitgevoerd, leverden contrasterende resultaten op en zijn niet langer toepasbaar op de nieuwe generatie materialen, die wordt gemaakt met veel betere controle op structuur, zuiverheid en macroscopische vorm”, vervolgde hij. “Het standaardiseren van CNT-classificaties is noodzakelijk om het kaf van het koren te scheiden, zodat beleidsmakers de risico’s voor werknemers en consumenten kunnen minimaliseren en tegelijkertijd regelgevende zekerheid kunnen creëren voor de industrie, onderzoekers en het grote publiek.”

De auteurs stellen dat het benaderen van dit probleem vanuit een systeemperspectief kansen biedt om de toepassing van koolstofmaterialen in de industriële, commerciële en medische sectoren uit te breiden; het ondersteunen van een dynamisch en bekwaam personeelsbestand; zorgen voor een verantwoorde ontwikkeling, gebruik en beheer van het einde van de levensduur, van laboratorium tot markt; en om de wereld te helpen de mondiale klimaatdoelstellingen en duurzaamheidsdoelstellingen te halen.