Miten nanohiukkaset käyttäytyvät joutuessaan luontoon?

Nanomateriaalit ovat yleisesti käytössä esimerkiksi aurinkokennoissa, maaleissa, lääkkeissä ja vaatteissa. Suomen ympäristökeskus tutkii, miten ne käyttäytyvät joutuessaan luontoon.

Sanomalehden etusivun mainos markkinoi punaviinin kestäviä pitkiä housuja. Jos lasi läikähtää, ei syytä huoleen, nanohousut hylkivät viiniä kuin hanhen selkä vettä.

Teollisesti valmistettujen nanohiukkasten hyödyntäminen alkoi yleistyä 1990-luvun puolenvälin jälkeen. Nyt niitä käytetään jo paljon esimerkiksi lääkkeissä, aurinkovoiteissa, vaatteissa sekä maaleissa ja muissa pintakäsittelyaineissa.

– Nanomateriaaleja on alettu tuottaa täydellä teholla, mutta niiden turvallisuuden tutkiminen ihmisen ja ympäristön kannalta ei ole edennyt samalla vauhdilla, arvioi erikoistutkija Markus Sillanpää Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE).

Osaltaan puutetta paikkaa SYKE. Siellä tutkitaan, miten nanohiukkaset käyttäytyvät vesistössä, ja mitkä ovat niiden vaikutukset veden eliöihin. Sillä joskus nanohousutkin on pestävä, ja ennen pitkää nanohiukkasia päätyy jätevedenpuhdistamolle. Osa niistä voi kulkeutua vesistöön asti.

Suolaisessa vedessä painuvat pohjalle

Nanohiukkasia on SYKEn laboratoriossa lisätty luonnon vesistä otettuihin näytteisiin.

– Mielenkiintoista oli havaita, että hiukkasten käyttäytyminen on hyvinkin erilaista eri näytteissä. Suolaisimmassa vedessä nanohiukkaset päätyivät pohjalle huomattavasti nopeammin kuin vähemmän suolaisessa.

Pohjalle painumisen mekanismina on se, että nanohiukkaset takertuvat toisiinsa muodostaen painavampia hiukkasia.

Testejä on tehty neljäntyyppisillä näytteillä: merivesinäytteitä oli ulapalta ja rannikolta, järvivesinäytteitä kirkasvetisestä ja sameammasta järvestä.

Kokeissa käytettiin nanomuotoista titaanidioksidia ja hopeaa, koska ne ovat yleisesti käytössä esimerkiksi maaleissa, hammastahnoissa ja vaatteissa.

– Näyttää selvältä, että nanohiukkasten käyttäytyminen luonnonvesissä riippuu materiaalin omien ominaisuuksien lisäksi paljon myös vastaanottavasta vesistöstä.

Tulosten perusteella voidaan nanohiukkasten vaikutusten tutkimusta suunnata oikeisiin kohteisiin. Esimerkiksi, jos hiukkaset painuvat pohjalle, on syytä tutkia niiden kulkeutumista ja vaikutuksia pohjan mikrobien prosesseihin ja eliöihin.

Pintavarauksen mittaaminen tärkeää

Nanohiukkasten mittaustekniikoita kehitetään koko ajan. Perinteiset menetelmät eivät niiden kaikkien ominaisuuksien tutkimiseen sovellu.

Markus Sillanpää tekee mittauksia muun muassa SYKEn laboratorioon viime vuoden lopulla hankitulla laitteella, joka on kehitetty erityisesti nanomateriaalien määrittämiseen.

– Sillä voidaan mitata hiukkasten kokoa ja sitä, miten ne tarttuvat toisiinsa, kertoo Sillanpää.

Laite pystyy mittaamaan nanohiukkasia suoraan nesteestä. Nestenäytteen lävitse ohjataan punainen laservalo, ja mitataan näytteestä siroavaa valoa.

– Erittäin tärkeää olisi myös päästä mittaamaan nanohiukkasten pintavarauksia. Pintavaraukset vaikuttavat suuresti siihen, miten hiukkaset tarttuvat toisiinsa, ja mihin ne kulkeutuvat nesteessä tai eliöissä.

Tällaista pintavarauksia mittaavaa laitetta ollaan hankkimassa SYKEn laboratorioon.

– Haasteellista on erottaa synteettiset, teollisesti valmistetut nanomateriaalit luonnon taustasta. Nanohiukkasia on esimerkiksi maaperässä luonnostaan, kuvaa Sillanpää.

Vaikutuksia eliöihin tutkitaan

Myös nanohiukkasten vaikutuksia eliöihin selvitetään SYKEn laboratoriossa.

– Pyrimme selvittämään, miten nanohiukkaset siirtyvät vesieliöihin, paljonko niitä eliöihin joutuu, ja miten ne vaikuttavat eliöiden hyvinvointiin, esimerkiksi kasvuun ja hengissä säilymiseen, kuvaa erikoistutkija Eija Schultz.

Tuloksista hän on vielä vaitonainen, sillä niistä on valmisteilla artikkeli kansainväliseen julkaisusarjaan.

– Teemme kokeet laboratoriossa, vaikka tavoitteena tietysti on, että altistuminen pystyttäisiin mittaamaan luonnossa.

– Erityistä huolellisuutta vaatii saada aikaan sellaiset olosuhteet, joissa pystytään osoittamaan eliöiden altistuminen juuri nanohiukkasille, Schultz kuvaa.

Hän korostaa nanohiukkasten vaikutusten ja ominaisuuksien tutkimisen kulkevan käsi kädessä. Esimerkiksi kun Eija Schultz tekee vaikutuspuolella useita päiviä kestäviä altistustestejä, niin Markus Sillanpää puolestaan mittaa, miten nanohiukkasten koko ja pitoisuus testiliuoksessa vaihtelevat kokeen aikana.

Ympäristölle uhka ja mahdollisuus

Ympäristö- ja energiasektorilla kehitetään koko ajan nanosovelluksia esimerkiksi mittalaitteisiin, ilmansuodattimiin ja jäteveden puhdistukseen. Myös maaperän puhdistukseen niistä toivotaan apua. Nanomateriaalit ovat luonnonvarojen materiaalitehokasta käyttöä.

Toisaalta jo nyt on selvää, että nanohiukkasten ilmestyminen kuvioihin tulee muuttamaan nykyisenlaista jätteiden käsittelyä. Esimerkiksi nanomateriaalia sisältävää jätettä voidaan joutua kierrättämään muusta materiaalista erillään.

Jätevesien käsittelyä nanohiukkaset voivat haitata.

– Jos esimerkiksi nanomuotoista hopeaa joutuu jätevedenpuhdistamolle, se voi tappaa jätevettä puhdistavia mikrobeja, sillä se on mikrobimyrkky, kuvaa Markus Sillanpää.

Eija Schultz korostaa elinkaaritarkastelun tärkeyttä: vaikka nano-ominaisuus on hyvä toisaalla, toisaalla se voi aiheuttaa ongelmia ja tulla kalliiksi.

– Tulevaisuudessa voi jopa osoittautua, etteivät suorat ympäristövaikutukset olekaan niin merkittäviä kuin epäsuorat, hän sanoo.

Esimerkiksi energian käyttö nanomateriaalin valmistukseen voi aiheuttaa merkittäviä ympäristövaikutuksia, tai se, ettei nanomateriaalia sisältävää jätettä voida hyödyntää energiaksi polttamalla.

Riskien arviointiin satsattava enemmän

Molemmat tutkijat korostavat, että nanomateriaalien mahdollisuudet ovat suuret, mutta niiden vaikutuksia ja riskejä on tutkittava.

Suuria määriä nanomateriaalia ei tiedetä päässeen luontoon valmistusprosessien yhteydessä.

– Monet niistä ovat niin kalliita aineita, että niistä pidetään tarkkaa huolta. Tietysti onnettomuus on aina mahdollinen, he arvioivat.

Tutkijat korostavat, että riskien arviointiin pitää satsata enemmän.

– Epäsuhta on ilmeinen. Tuotekehitykseen on käytettävissä moninkertaisesti enemmän rahaa kuin turvallisuustestaukseen ja riskinarviointiin.

Markus Sillanpää on saanut Maa- ja vesitekniikan tuki ry:ltä rahoituksen tutkijan palkkaamiseen projektiinsa. Sopivaa henkilöä etsitään kansainvälisellä haulla. Aiemmin Sillanpään projektia on rahoittanut myös Suomen standardisoimisliitto.

Sivun alkuun