1277
.pdfприменяемых методов для оценки поведения наноматериалов в окружающей среде. Когда подходящий аналитический метод станет доступным, появится возможность модифицировать традиционные методы оценки так, чтобы они отвечали особенностям наноматериалов. Кроме того, недостаточно известно, какие из физи- ко-химических характеристик определяют транспорт наноматериаловмежду различнымиприродными средами. Так, для традиционных веществ растворимость в воде и давление паров имеют важное значение. Однако с учетом того, что большинство наноматериалов обладают низкой растворимостью инизким давлением насыщенных паров, другие их физико-химические свойства, такие как способность к агломерации, поверхностный заряд, дисперсность, плотность частиц, размер частиц, могут быть ключевымивопределенииихраспространениявокружающей среде.
Такие факторы, как органическая или неорганическая природа наноматериала, его физико-химические свойства и существующая аналитическая методология определения присутствия самого вещества или его побочных продуктов в окружающей среде, являются наиболее существенными при выборе теста для выявления устойчивости того или иного материала. Например, биодеградацию оценивают только для органических наноматериалов, в то время как фотопревращения оценивают для обоих видов, если существует возможность обнаружения наноматериалов в воздухе, поверхностных водах и почве.
Оценка нанотехнологий и наноматериалов с использованием метода ОЖЦ открывает возможности для заинтересованных сторон осуществлять активные действия, направленные на снижение и предупреждение потенциального негативного воздействия на здоровье человека и окружающую среду на всех этапах жизненного цикла продукции. Кроме того, в случае токсикологической безопасности продукции метод ОЖЦ может стать основой для получения информации, необходимой для поддержки решений, связанных с развитием определенных нанопродуктов.
Для государственных агентств анализ жизненного цикла нанотехнологий является источником информации для поддержки разрабатываемых законодательных и иных актов в области обеспечения безопасности, защиты потребителей, охраны
291
окружающей среды. Выявленные на ранних стадиях преимущества и недостатки нанотехнологий могут быть последовательно учтены в международной политике в отношении продукции нанотехнологий. Результаты проведения ОЖЦ могут быть предоставлены общественности для обеспечения населения достоверной информацией, которая впоследствии может стать основой роста использования нанопродуктов.
В области нанотехнологий отсутствие жестких рамок при проведении оценки жизненного цикла может помочь в идентификации возможностей для предупреждения загрязнения и сокращения потребления ресурсов.
8.3.1. Получение сырья и производство конечного продукта
При выборе сырья для наноматериалов учитывается его состав и геометрические параметры (форма и размер), а также его химико-физические свойства. Сырьем для наноматериалов могут быть органические соединения (дендримеры, полимеры), неорганические соединения (металлы, оксиды металлов, гидроксиды металлов), углеродные соединения (углеродные нано-трубки, бакиболс) или несколько соединений одновременно. Состав учитывается при выборе способа производства конечного продукта, оценке его воздействия на окружающую среду и его утилизации. Например, экстракция и обогащение металлов и минералов, необходимые для производства наночастиц, могут быть энергоемкими и ресурсоемкими процессами, в результате которых образуются отходы, которые необходимо утилизировать, что ведет к засорению земель. В случае использования наносеребра, если материал накапливается в значительных количествах в окружающей среде, его антибактериальные свойства могут способствовать увеличению экотоскичности и нарушению пищевых цепей.
Мы выделяли уже два основных пути производства наноматериалов: «сверху вниз» (уменьшение размеров микроскопических элементов до нанометрического масштаба) и «снизу вверх» (контролируемое объединение атомных и молекулярных агрегатов в более крупные системы).
Основой сегодняшней наноиндустрии является управляе-
292
мый механосинтез, т.е. составление молекул из атомов с помощью их сближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим манипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором.
Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время перемещают отдельные молекулы и атомы, ограничена вдиапазоне действия, в связи с чем сама процедура сборки объектов из молекул на наноуровне не может пока еще быть автоматизирована из-за наличияинтерфейсачеловек– компьютер– манипулятор. Такимобразом, человексегоднянетолькопотребительпродуктовнанотехнологий, ноиучастникпроцессаихпроизводства.
Все процессы происходят с определенными затратами энергии, поэтому необходимо учитывать энергопотребление для оценки воздействия на окружающую среду, так как оно связано с потреблением топлива и образованием парниковых газов. На рис. 8.7 представлены данные о потреблении энергии при производстве различныхнаноматериалов.
Рис. 8.7. Потребление энергии при производстве различных видов наноматериалов
293
Изготовление полупроводников отличается самым высоким из рассматриваемых материалов энергопотреблением. Высокая потребность в энергии объясняется использованием таких процессов, как осаждение из паровой фазы и термическое окисление. Хотя традиционный процесс измельчения применительно к TiO2 не требует значительных энергетических затрат, этот процесс не подходит для нанокомпонентов, имеющих специальные поверхностные свойства или строго определенный состав смеси. Наоборот, при производстве таких материалов необходимы более сложные процессы, требующие оптимизации энергозатрат.
8.3.2. Использование продукции нанотехнологий
При оценке влияния наноматериалов на этапе их применения учитывается способ использования наночастиц, что определяет путь их воздействия на здоровье человека. Различают воздействие через дыхательные пути (например, при вдыхании воздуха в рабочей зоне), кожу (частицы, содержащиеся в солнцезащитных кремах), пищеварительную систему (вместе с пищей) или парентерально (медицинские препараты).
Риск, связанный с наночастицами, зависит как от экспозиции, так и от опасности воздействия, и определяется путем поступления в организм.
Для оценки риска наноматериалов на этапе их использования необходимо охарактеризовать их опасность и определить размер частиц, химический состав, структуру, оболочку, покрытия. Затем на основании результатов оценки воздействия с учетом поведения частиц, длительности применения продукта, путей доставки частиц и данных о токсичности материала необходимо оценить возможные риски, вероятность воздействия, его характер, а также эффективность средств и систем контроля.
8.3.3. Управление отходами продукции нанотехнологий и рециклинг
С целью лучшего понимания потенциальных объемов и характеристик отходов наноматериалов все отходы материалов,
294
которые могут быть загрязнены наночастицами, выделяются в отдельный поток (рис. 8.8).
Рис. 8.8. Различные отходы нанотехнологий (жидкие и твердые)
Отходы, содержащие наноматериалы, подразделяют на следующие группы:
• чистые наноматериалы (например, карбоновые нанотруб-
ки);
•объекты, загрязненные наноматериалами (например, средства индивидуальной защиты);
•суспензии, содержащие наноматериалы;
•твердые хрупкие матрицы с нановключениями или твердые материалы с наноструктурами, нежестко прикрепленными
кповерхности, что может привести к попаданию наночастиц
вокружающую среду при контакте с воздухом и водой или вследствие механических повреждений.
Вуправлении отходами наноматериалов не учитываются твердые материалы, содержащие наноматериалы, в случае, если отсутствует возможность выделения ими наночастиц. При этом учитываются пыли и стружки, образующиеся при измельчении
ипомоле данных материалов.
Внастоящее время требования к утилизации базовых наноматериалов должны учитывать их характеристики. Если рассматриваемые материалы токсичны, например серебро или кадмий, или представляют иную опасность, например легковоспламеняющиеся растворители или кислоты, очевидно, что при управлении отходами необходимо учитывать особенности данных материалов. Кроме того, многие наночастицы могут взаимодействовать с токсичными металлами. Наносферические материалы считаются огнеопасными веществами, поэтому даже
295
наноматериалы на основе углерода должны собираться для предварительного определенияхарактеристикопасностиотходов.
Основой управления отходами, содержащими наноматериалы, является запрет на их размещение вместе с бытовыми отходами и на спуск в систему канализации.
При размещении отходов учитывается их состав, а также опасность/безопасность отходов в соответствии с существующими законодательными или иными актами.
При определении опасности наноотходов производится оценка материала по четырем свойствам: воспламеняемость, коррозионность, реактивность и токсичность. Воспламеняемость определяется с помощью специальных тестов, но, как правило, данным свойством обладают материалы с температурой вспышки менее 60 ºC. Такие материалы характеризуются способностью к самовоспламенению в определенных условиях, например при толчках. Коррозионностью обладают сильные кислоты и основания, которые могут разъедать контейнеры для хранения и транспортировки отходов. Реактивность характеризует материалы, неустойчивые при нормальных условиях, способные взрываться, выделять токсичные пары при нагревании, сжатии или попадании в водную среду. Токсичность веществ определяется посредством проведения специальных тестов. Кроме того, следует учитывать присутствие в наноматериалах веществ, токсичность которых известна, например мышьяка, кадмия, свинца, серебра и селена. Смесь твердых отходов с опасными отходами также является опасной.
Рассмотрим данную характеристику применительно к углеродным нанотрубкам. Не существует списка опасных отходов, в который были бы внесены углеродные нанотрубки. Тогда необходимо оценить опасность углерода как основного материала, используемого в их производстве. Углерод не относится к опасным веществам, тем не менее необходимо определить наличие свойств, обусловливающих опасность материала. Так, углеродные нанотрубки могут характеризоваться воспламеняемостью (проведение тестов), но с учетом существующих знаний о данном материале можно заключить, что они не обладают коррозионностью, реактивностью и ток-
296
сичностью. Таким образом, углеродные нанотрубки не относятся к опасным отходам. Другая ситуация наблюдается при оценке наноточек, поскольку в их состав могут входить кадмий и селен. Если тесты показали присутствие в исследуемом материале токсичных элементов, тоегоотходыотносятсяккатегорииопасных.
Отходы, содержащие наноматериалы, не представляющие опасности, размещаются в контейнеры, изготовленные из инертного материала.
Размещение отходов наноматериалов, представляющих опасность, проводится следующим образом:
•отходы помещаются во внутренний контейнер, выполненный из инертного материала. Контейнер плотно закрывается во избежание попадания отходов в окружающую среду;
•внутренний контейнер помещается в пластиковый пакет;
•внешний контейнер внутри заполняется абсорбентом для
предотвращения негативных последствий утечки отходов в случае нарушения целостности внутреннего контейнера.
Необходимо использование стикеров с описанием содержащихся отходов и словами «Содержит наноматериалы» на контейнерах. На рис. 8.9 показано, какая именно информация должна присутствовать на стикере. Также могут указываться известные ипредполагаемые свойства данных отходов. Если наноматериалы представлены в форме порошка, то должна быть следующая приписка на стикере «Частицы могут обладать повышенной активностью итоксичностью. Избегайтевдыханияиконтактаскожей».
Рис. 8.9. Образец стикера на контейнер для отходов, содержащих наноматериалы
297
Сбор и утилизация осуществляются в соответствии с существующими правилами и требованиями в области обращения с отходами.
Наноматериалы считаются потенциально опасными. Отходы, содержащие опасные вещества в недопустимых количествах, должны быть утилизированы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к опасным отходам. В случае, если определенный наноматериал сохраняется длительное время в неизменной форме, все потенциально загрязненные каркасы, основания и другие материалы должны быть утилизированы путем сжигания. Кроме того, загрязненные острые элементы отходов должны быть помещены в специальные контейнеры и утилизированы как биологически опасные отходы (рис. 8.10).
При утилизации отходов наночастицы серебра и меди могут представлять риск в качестве экотоксинов. Утилизация использованных солнечных панелей, в которых применяются полупроводниковые наноматериалы, также требует введения контроля для защиты рабочих и окружающей среды, поскольку многие из элементов, используемых в полу-
проводниках (кадмий, ртуть, селен), обладают химической токсичностью. На заключительном этапе жизненного цикла макромолекул наноматериалов существует лишь незначительная вероятность влияния на окружающую среду, что связано с их склонностью к деградации. Наиболее сложным является их отделение в установках для переработки отходов. Для отделения и идентификации макромолекул должны быть учтены следующие характеристики материалов:
• размер и форма материала (а также молекулярная масса);
298
•поливалентность;
•амфифильный характер;
•заряд;
•поверхностные функциональные группы;
•химическая формула.
В целом в процессе сжигания наноматериалы, выполненные на основе углерода, полностью утилизируются. Традиционно процесс сжигания требует дополнительной очистки образующихся газов, которые могут содержать тяжелые металлы, хлорпроизводные вещества и другие загрязнители.
8.4. Методика комплексной оценки эффективности функционирования систем экологического управления и экологического менеджмента на промышленных предприятиях (методика оценки экологической состоятельности промышленных предприятий)
Для оценки эффективности систем производственного экологического управления и менеджмента возможно использование следующей методики, разработанной с учетом требований и рекомендаций международного стандарта ISO 14001. Методика включает в себя следующие этапы:
Первый этап – оценка соответствия требованиям экологического законодательства РФ;
Второй этап – оценка соответствия общим формальным требованиям стандарта ISO 14001;
Третий этап – качественная оценка соответствия расширенным требованиям стандарта ISO 14001;
Четвертый этап – оценка динамики изменения основных количественных показателей экологической деятельности предприятия;
Пятый этап – качественная оценка деятельности предприятия в области экологического управления и менеджмента.
Оценка эффективности производственного экологического управления и менеджмента на первом этапе может носить формальный характер и проводиться несколькими способами:
299
1.Получение подтверждений от всех государственных контролирующих организаций о том, что деятельность данного предприятия соответствует требованиям законодательства. Получение такого подтверждения может проводиться на предварительном этапе при сборе всех необходимых материалов для проведения оценки эффективности системы экологического менеджмента.
2.Получение общего заключения о выполнении государственных экологических требований. Так, в Московской области приказом Комитета по охране окружающей среды от 2 сентября 1996 года утверждена форма заключения о соблюдении норм экологической безопасности на химически опасных объектах Московской области. Выдачу заключения осуществляют государственные органы по охране природы на основе выполнения предприятиями определенных требований.
3.Подтверждение соответствия всем законодательным требованиям может проводиться методом от противного, т.е. путем получения соответствующих данных, характеризующих:
•отсутствие сверхлимитных сбросов и выбросов, правильность хранения отходов на промплощадке;
•наличие всей необходимой документации по воздействию на окружающую среду;
•наличие всех необходимых лицензий на комплексное природопользование, наличие разрешений на выброс и сброс загрязняющих веществ;
•наличие справок о платежах, разработанной и утвержденной документации, например проекты нормативов предельно допустимых выбросов и сбросов, проекты лимитов размещения отходов и др.;
•наличие порядка на промышленной площадке.
Если выполнение требований экологического законодательства подтверждено одним из вышеперечисленных способов, то по первому этапу оценки эффективности системы экологического менеджмента делается положительное заключение.
На втором этапе оценивается соответствие деятельности
300