Производство наноматериалов: потенциальные риски и пути их снижения

/74 Civil SecurityTechnology, Vol. 12, 2015, No. 2 (44) УДК 331.43:519.816

Производство наноматериалов: потенциальные риски и пути их снижения

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2015

Е.М. Баян, Т.Г. Лупейко, Н.К. Домницкий

Аннотация

Рассмотрены потенциальные опасности на производстве наноматериалов и на предприятиях, применяющих нанотехнологии. Проведен обзор нормативно-правовой базы в области обращения с наноматериалами. Предложены пути обеспечения гражданской безопасности в Российской Федерации при производстве и использовании наноматериалов.

Ключевые слова: риск; анализ риска; управление риском; риск наноиндустрии; риск использования наноматериалов.

The Production of Nanomaterials: Potential Risks and the Way of Risk Decrease

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2015

E. Bayan, T. Lupeiko, N. Domnitsky

Abstract

Considered the potential hazards of nanomaterials in production and enterprises that use nanotechnology. The review of the regulatory framework in the field of nanomaterials. The ways of ensuring public safety in the Russian Federation in the production and use of nanomaterials.

Key words: risk; risk analysis; risk management; the risk of the nanotechnology industry; nanomaterials usage risks.

Введение

Материалы, разработанные на основе наноча-стиц, обладают уникальными характеристиками, например, высокими каталитическими и адсорбционными свойствами, химической активностью и механической прочностью. Помимо поиска новых наноматериалов, улучшение качества продукции достигается и за счет модификации наночастицами уже существующих и широко используемых материалов и изделий. Поэтому использование нанотехнологий является одним из самых перспективных и развивающихся направлений науки и техники. Уже начат выпуск наноматериалов на основе нанопорошков металлов и сплавов, оксидов кремния (титана, железа, сурьмы, алюминия и пр.), ряда карбидов. Углеродные нанотрубки широко применяются более 10 лет в различных областях промышленности.

Имеются экспериментально подтвержденные данные о токсичности наночастиц для человека и других живых организмов [1, 2]. В связи с этим развитие нанотехнологий требует исследования негативных последствий влияния наноиндустрии на человека и окружающую среду и принятия мер по обеспечению безопасности населения и территорий.

Целью данного исследования являются рассмотрение потенциальных опасностей, связанных с производством и использованием нанотехнологий, и предложение путей их снижения, повышения безопасности человека (населения) и объектов природной среды Российской Федерации (далее — РФ).

Потенциальные опасности, связанные с использованием нанотехнологий, и основные пути их снижения

При производстве и использовании наноматери-алов можно выделить следующие потенциальные опасности:

токсическое действие на производящих их работников и на население;

высокая реакционная способность, взрыво- и пожароопасность некоторых из них;

неблагоприятные изменения при попадании в окружающую среду (на производстве, переработке и их утилизации).

Эти опасности от внедрения нанотехнологий можно продолжать и далее, если учесть социальные (например, безработицу за счет перепрофилирования предприятий на высокотехнологичное производство нанопродукции, возможность использования новых технологий террористическими организациями), экономические (появление новых товаров, изменение мировой финансово-экономической системы) и прочие аспекты.

Эти опасности отличаются рядом специфических свойств:

более высокие реакционные способности по сравнению с макроскопическими веществами;

способность проникать в клетки и вмешиваться в генетические процессы [2], оказывая токсическое воздействие на все живые организмы;

отличие процессов их биотрансформации от превращений макрочастиц того же химического состава [2];

невозможность их улавливания и обезвреживания в окружающей среде с помощью существующих систем очистки сточных вод и газообразных выбросов;

отсутствие полного контроля над их производством и использованием;

недостаточность информации по опасности их использования;

эпизодичность исследований по их влиянию на человека и природную среду;

отсутствие единой базы данных по их производству в РФ.

Следовательно, необходимо анализировать риски, связанные с производством и использованием нанома-териалов. Один из алгоритмов анализа риска представлен на рис. 1.

Планирование и организация работ по анализу риска технологий, использующих наноматериалы

Разработка рекомендаций по снижению риска

Рис. 1. Основные этапы анализа риска технологий наноматериалов

При выборе методов анализа риска обычно учитываются сложность рассматриваемых объектов, наличие ресурсов и необходимых исходных данных.

Можно выделить статистические и аналитические методы оценки рисков. Статистические методы анализа данных о неблагоприятных событиях (авариях, негативных воздействиях на здоровье работников), произошедших на похожих предприятиях, не подходят для анализа рисков, возникающих на производственных объектах при использовании нанотехнологий, потому что отсутствует весомая база данных. Поэтому можно использовать один из аналитических методов оценки — метод диаграмм Каору Исикавы [3], основанный на определении наиболее существенных взаимосвязей между причинами и последствиями в исследуемой ситуации. Множество причин возникновения аварийной ситуации на техногенном объекте, производящем нано-материалы, можно свести к пяти основным элементам (рис. 2):

ошибки работников;

отказы оборудования;

физико-химические трансформации исходных и получаемых наноматериалов;

/76 ^И SecurityTechnology, Vol. 12, 2015, No. 2

Рис. 2. Диаграмма причин и последствий событий

отклонение от технологического регламента производства;

внешние причины (природные и техногенные катастрофы).

При этом некоторые ошибки работников и отказы оборудования в системе риск-менеджмента прогнозируемы, могут быть оценены в рамках различных методов (логико-графические, анализ вида и последствий отказов и пр.), а значит, могут быть учтены. Мониторинг прогнозирования стихийных бедствий в Российской Федерации позволяет учесть внешние причины рисков. Поэтому риски, связанные с внешними воздействиями, ошибками работников и отказами оборудования, могут быть в целом снижены до приемлемого уровня.

В результате оценки компонентов диаграммы (рис. 2) установлено, что самыми малоизученными вследствие своей новизны, а, следовательно, плохо предсказуемыми, являются причины, связанные с на-номатериалами и нанотехнологиями.

В Российской Федерации одним из эффективных механизмов управления является государственное регулирование деятельности. Поэтому для обеспечения гражданской безопасности в области производства и использования наноматериалов предлагается использовать именно этот механизм. Перспективным представляется обязательное создание технологических регламентов производства наноматериалов и товаров, изготавливаемых с использованием нано-технологий [4]. При этом не исключаются методы общественного контроля над деятельностью предприятий, использующих нанотехнологии, например, общественная экологическая экспертиза.

В области обеспечения безопасности при производстве и использовании наноматериалов можно выделить несколько направлений:

изучение воздействия наночастиц на здоровье человека и оценка рисков для здоровья человека,

исследование влияния наночастиц на природную среду с учетом возможных биотехногенных трансформаций (оценка экологических рисков),

оценка воздействия наночастиц на техносферу (например, расчет рисков отказов оборудования при воздействии наночастиц).

Наибольшее количество исследований проводится в области оценки рисков наноиндустрии для здоровья человека. С 2007 года в России усилен государственный контроль состояния продукции, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей на-

номатериалы [5—6]. Юридическим лицам и индивидуальным предпринимателям, производящим и импортирующим данную продукцию, рекомендовано указывать в информации для потребителей сведения об их использовании при изготовлении продукции. А при предоставлении документов для проведения санитарно-эпидемиологической экспертизы продукции необходимо представлять сведения об использовании нанотехнологий или наноматериалов с подтверждением их безопасности для человека. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека разработаны методические рекомендации и методические указания по оценке безопасности наноматериалов [5—17]. В стадии разработки находятся нормативные правовые документы, которые содержат требования к создаваемому банку данных по безопасности применения нанома-териалов. Подготовлено руководство по составлению паспорта безопасности наноматериалов.

Таким образом, можно говорить о частичном ведомственном регулировании обращения нанома-териалов на территории РФ. Кроме того, регулярно появляются публикации о токсичности наноматериа-лов [1, 2, 18]. Тем не менее, эти данные не носят системного характера и не позволяют получить общую, объективную оценку рисков использования нанома-териалов. Необходимо продолжить исследования в этой области, в том числе по систематизации уже накопленного материала.

Исследования в области экологической безопасности наноматериалов носят эпизодический характер в связи с отсутствием единого подхода к оценкам такого рода и недостаточностью исходных данных для расчетов рисков.

Особую значимость приобретает вопрос обеспечения противоаварийной безопасности производств, использующих нанотехнологии. Поэтому исследования в области оценки техногенных рисков при использовании наноматериалов весьма актуальны.

В связи с тем, что многие вопросы безопасности были решены в рамках международных договоров (конвенций), можно предположить, что и проблема опасностей, связанных с нанотехнологиями, также может быть успешно разрешена усилиями международного сообщества. Страны Евросоюза и США в этом вопросе продвинулись значительно дальше, чем другие страны. Причинами этого явились широкое внедрение в этих странах нанопродукции и социально-политическая активность граждан.

В качестве примера следует привести опыт Евросоюза в правовом регулировании наноиндустрии. Основой национального законодательства стран, входящих в Евросоюз, является использование стандартов ISO (International Standard Organization) [19—32], разработкой которых занимается специально созданный Технический комитет по нанотехнологиям. Стандарты разрабатываются с привлечением мировых научно-исследовательских организаций, проходят многократные согласования и апробации перед утверждением. Особенностью данных стандартов по сравнению с российскими регламентирующими документами является комплексное рассмотрение всего цикла обращения с наноматериалами на предприятии. Например, ISO/TR 12885:2008 содержит информацию по предупреждению неблагоприятных последствий для здоровья и безопасности работников предприятия и потребителей в процессах производства, хранения, использования и ликвидации промышленных наноматериалов.

В российском законодательстве отсутствуют документы, позволяющие контролировать весь цикл производства нанотехнологичной продукции.

Для снижения рисков при производстве нанома-териалов можно использовать и возможности сертификации. Система сертификации ГОСТ Р включает системы обязательной сертификации, добровольной сертификации и декларирования соответствия. Перечень товаров и услуг, которые могут повлиять на безопасность людей и подлежат обязательной сертификации, утвержден Постановлением Правительства РФ от 1 декабря 2009 г. № 982. Указание на обязательность сертификации наноматериалов отсутствует. Тем не менее, остается возможность добровольной сертификации по ГОСТ Р или сертификации по международным стандартам. Например, возможно введение системы риск-менеджмента нанотехноло-гий в общую систему менеджмента предприятия, что позволит снизить санитарно-гигиенические, экологические и техногенные риски при обращении с на-номатериалами до приемлемого уровня.

Заключение

Развитие наноиндустрии, как и угрозы производства и использования наноматериалов, стали объективной реальностью. Сделать выбор производства и использования безопасных наноматериалов позволит анализ безопасности полного цикла нанотехнологич-ной продукции: от момента производства до утилизации. При этом основной задачей производителей наноматериалов и товаров на их основе должно быть снижение рисков до приемлемого уровня.

Основными задачами государственных структур в сфере наноиндустрии являются совершенствование нормативно-правовой базы и эффективности контроля безопасности наноматериалов для населения и окружающей среды на фоне эффективного использования достижений наноиндустрии.

В целях эффективного обеспечения безопасности при обращении с наноматериалами в РФ предлагается: совершенствовать нормативно-правовую базу Российской Федерации с целью гармонизации с международным законодательством (стандартами ISO);

разработать государственные технологические регламенты (стандарты) на производство наномате-риалов и товаров, изготавливаемых с использованием нанотехнологий;

внедрить систему сертификации наноматериалов и товаров на их основе;

стимулировать исследования в области безопасности наночастиц и наноматериалов;

обеспечить государственный, производственный и общественный контроль над производством и использованием нанотехнологичной продукции;

координировать деятельность и объединять усилия государственных структур, коммерческих предприятий, научного сообщества и общественности с целью обеспечения безопасности наноиндустрии.

Литература

1. Handy R.D., Owen R., Valsami-Jones E. // Ecotoxicology. 2008. V. 17. P. 315—325.

2. Каркищенко Н.Н. Нанобезопасность: новые подходы к оценке рисков и токсичности наноматериалов // Биомедицина. 2009. Т. 1. № 1. С. 5—27.

3. Ishikawa K. What is Total Quality Control? The Japanese Way. London, Prentice Hall, 1985.

4. Федеральный закон № 184-ФЗ от 27.12.2002 года «О техническом регулировании».

5. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 23.07.2007 № 54 «О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы»

6. Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов (утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 31 октября 2007 г. № 79).

7. МР 1.2.0037-11 «Гигиена, токсикология, санитария. Контроль наноматериалов в воздухе. Методические рекомендации».

8. МР 1.2.2639-10 «Использование методов количественного определения наноматериалов на предприятиях наноиндустрии. Методические рекомендации».

9. МУ 1.2.2636-10 «Проведение санитарно-эпидемиологической экспертизы продукции, полученной с использованием нанотех-нологий и наноматериалов. Методические указания».

10. МУ 1.2.2520-09 «Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов. Методические указания».

11. МУ 1.2.2634-10 «Микробиологическая и молекулярно-генетиче-ская оценка воздействия наноматериалов на представителей микробиоценоза. Методические указания».

12. МУ 1.2.2635-10 «Медико-биологическая оценка безопасности наноматериалов. Методические указания».

13. МУ 1.2.2637-10 «Порядок и методы проведения контроля миграции наночастиц из упаковочных материалов. Методические указания».

14. МУ 1.2.2638-10 «Оценка безопасности контактирующих с пищевыми продуктами упаковочных материалов, полученных с использованием нанотехнологий. Методические указания».

15. МУ 1.2.2522-09 «Выявление наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека. Методические указания».

16. МР 1.2.2641-10 «Определение приоритетных видов наноматериалов в объектах окружающей среды, пищевых продуктах и живых организмах. Методические рекомендации».

17. МР 1.2.0016-10. «Гигиена, токсикология, санитария. Методика классифицирования нанотехнологий и продукции наноинду-стрии по степени их потенциальной опасности. Методические рекомендации».

18. Баян Е.М., Пустовая Л.Е. Экологическая безопасность при использовании нанотехнологий: Учеб. пособ. Ростов-на-Дону: Изд-во «Содействие-XXI век», 2012. 188 с.

19. ISO/TR 12885:2008 - Nanotechnologies - Health and safety practices in occupational settings relevant to nanotechnologies.

/78 Civil SecurityTechnology, Vol. 12, 2015, No. 2

20. ISO 10801:2010 - Nanotechnologies - Generation of metal nanoparticles for inhalation toxicity testing using the evaporation / condensation method.

21. ISO 10808:2010 - Nanotechnologies - Characterization of nanopar-ticles inhalation exposure chambers for inhalation toxicity testing.

22. ISO/TR 11360:2010 - Nanotechnologies - Methodology for the classification and categorization of nanomaterials.

23. ISO 29701:2010 - Nanotechnologies - Endotoxin test on nanoma-terial samples for in vitro systems - Limulus amebocyte lysate (LAL) test.

24. ISO/TS 27687:2008 - Nanotechnologies - Terminology and definitions for nano - objects - Nanoparticles, nanofiber and nanoplate.

25. ISO/TS 80004 - 1:2010 - Nanotechnologies - Vocabulary - Part 1: Core terms.

26. ISO/TS 80004 - 3:2010 - Vocbulary - part 3: Carbon nano - objects.

27. ISO/TS 10798:2011 - Nanotechnologies - Characterization of single-wall carbon nanotubes using scanning electron microscopy and dispersive X-ray spectrometry analysis.

28. ISO/TS 10867:2010 - Nanotechnologies - Characterization of single-wall carbon nanotubes using near infra-red photoluminescence spectroscopy.

29. ISO/TS 11251:2010 - Nanotechnologies - Characterization of volatile components in single - wall carbon nanotube samples using evolved gas analisis/gas chromatograph - mass spectroscopy.

30. ISO/TS 10868:2011 - Nanotechnologies - Characterization of single-wall carbon nanotubes using ultraviolet - visible - near infrared (UV - Vis - NIR) absorbtion spectroscopy.

31. ISO/TR 12802:2010 - Nanotechnologies - Model taxonomic framework for use in developing vocabularies - Core concepts.

32. ISO/TR 13121:2011 - Nanotechnologies - Nanomaterial risk evaluation.

Сведения об авторах

Баян Екатерина Михайловна: к. т. н., доц., Южный федеральный университет. 344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 7. E-mail: ekbayan@sfedu.ru

Лупейко Тимофей Григорьевич: д. х. н., проф., Южный

федеральный университет.

344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 7.

Тел.: (86324) 297-51-45.

E-mail: lupeiko@sfedu.ru

Домницкий Николай Константинович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), Южный филиал, с. н. с.

344000, Ростов-на-Дону, ул. Имени Греческого гор. Волос, 11. Тел.: (863) 242-90-82. E-mail: yufvniigochs@mail.ru SPIN-код — 6886-6588.

Information about authors

Bayan Catherine M.: Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, South Federal University. 344090, Rostov-na-Donu, Sorge str., 7. E-mail: ekbayan@sfedu.ru

Лупейко Тимофей Григорьевич: Doctor of Chemical

Sciences, Prof., South Federal University.

344090, Rostov-na-Donu, Sorge str., 7.

Те!.: (86324) 297-51-45.

E-mail: lupeiko@sfedu.ru

Domnitsky Nicholas K.: Federal Government Budget Institution «All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies» (Federal Center of Science and high technology), Southern Branch, Senior Researcher. 344000, Rostov-na-Donu, str. Name of the Greek city of Volos, 11. Тек: (863) 242-90-82. E-mail: yufvniigochs@mail.ru SPIN-scientific — 6886-6588.