Les nanotubes de carbone ont progressé vers des applications énergétiques et sanitaires, mais des idées fausses subsistent

L'utilisation croissante des nanotubes de carbone (NTC) et une proposition de l'Union européenne visant à interdire toute la classe de matériaux mettent en évidence la nécessité d'une approche actualisée et standardisée pour évaluer les impacts humains et environnementaux des NTC et des produits qui les contiennent, selon une nouvelle étude collaborative co-écrite par des chercheurs de l'Université Rice.

Plus de 5 000 tonnes de NTC sont produites chaque année pour être utilisées dans les laboratoires de recherche et les industries commerciales. En raison de leurs propriétés uniques, les NTC sont utilisés dans diverses applications telles que les batteries, les matériaux de construction légers, les textiles fonctionnels, les appareils portables et, de plus en plus, dans la recherche biomédicale.

“Alors que nous nous dirigeons vers une révolution des énergies et des matériaux propres et diversifiés, le domaine des matériaux avancés a besoin d'une voie scientifique clairement définie en matière de mesure, d'identification, de classification et de reporting tout au long du cycle de vie des matériaux, du développement à l'élimination, afin de faire évoluer pleinement les NTC dans tous les secteurs et industries tout en bénéficiant également à la société et à l'environnement », a déclaré Rachel Meidl, chercheuse en énergie et durabilité au Rice's Baker Institute for Public Policy et co-auteur de l'étude publiée dans la revue Documents sur la nature.

En 2019, une organisation non gouvernementale de l'Union européenne (UE) a ajouté les nanotubes de carbone à une liste de produits chimiques qui, selon elle, « devraient être restreints ou interdits dans l'UE », citant les préoccupations de certains des nombreux travaux publiés étudiant la toxicologie. et la persistance environnementale des nanotubes de carbone.

Les auteurs de la nouvelle étude ont étudié comment les nanotubes de carbone ont été classés chimiquement, compte tenu de leurs formes nombreuses et diverses et des manières de les traiter, de les modifier ou de les utiliser. Les résultats des études toxicologiques et environnementales variaient considérablement, en fonction de ces différentes formes de nanotubes de carbone et de la manière dont les études étaient menées.

“Nous avons réalisé qu'il existait tellement de formes différentes de nanotubes de carbone qu'il semblait étrange que des matériaux aussi divers puissent même être classés sous un seul nom”, a déclaré Daniel Heller, co-auteur de l'étude et chef du laboratoire de nanomédecine du cancer à Memorial. Sloan Kettering Cancer Center et ancien élève de Rice.

“Nous avons également constaté que les risques toxicologiques et environnementaux des nanotubes de carbone dépendent fortement de ces différences, tout comme la manière dont différentes formes de dioxyde de silicium peuvent soit provoquer la silicose, une maladie pulmonaire, soit aider à garder vos dents propres en tant qu'ingrédient du dentifrice.”

Les auteurs suggèrent que le volume et la prévalence de ces matériaux ainsi que l’image nuancée et incohérente des risques nécessitent qu’ils soient classés et définis plus précisément afin d’identifier les risques toxicologiques et environnementaux. Les enquêteurs devraient adopter des méthodes de classification et des normes de mesure plus cohérentes et prendre en compte les impacts toxicologiques et environnementaux potentiels tout au long du cycle de vie des matériaux contenant des nanotubes de carbone, y compris lorsqu'ils sont utilisés pour remplacer des matériaux plus toxiques ou polluants, ont-ils déclaré.

Les auteurs recommandent la construction d'un cadre complet pour classer, caractériser et évaluer les impacts potentiels des NTC sur la santé, l'environnement et la sécurité, car cela aurait un impact positif à la fois sur la recherche et sur l'industrie. Et ces tâches fourniront aux décideurs politiques des outils basés sur des données pour réglementer de manière sélective les sous-ensembles de NTC considérés comme présentant un risque élevé, tout en garantissant que toutes les restrictions en matière de synthèse, de production, de fabrication, d'utilisation, de transport et d'élimination sont fondées sur des données scientifiques et perturbent le moins possible les activités. le domaine émergent des nanomatériaux de carbone.

De plus, la transition vers une économie circulaire du carbone signifiera que les chercheurs s’efforceront de concevoir des déchets ou d’utiliser des voies de valorisation du carbone qui considèrent les NTC et les produits à base de NTC en fin d’utilisation comme une ressource.

“Les nanotubes de carbone peuvent avoir beaucoup moins de besoins en énergie et en matériaux ainsi que moins de conséquences environnementales et sociales que les autres matériaux, ce qui les rend idéaux pour la transition énergétique”, a déclaré le co-auteur Matteo Pasquali, professeur AJ Hartsook de génie chimique et biomoléculaire et directeur. du Carbon Hub de Rice. “Par exemple, ils constituent la seule alternative crédible au cuivre et à l'aluminium pour l'électrification à grande échelle et à l'acier pour la construction à grande échelle.

“Les études toxicologiques menées au début ont donné des résultats contrastés et ne sont plus applicables à la nouvelle génération de matériaux, fabriqués avec un bien meilleur contrôle de la structure, de la pureté et de la forme macroscopique”, a-t-il poursuivi. “La normalisation des classifications des CNT est nécessaire pour trier le bon grain de l'ivraie, afin que les décideurs politiques soient en mesure de minimiser les risques pour les travailleurs et les consommateurs tout en créant une certitude réglementaire pour l'industrie, les chercheurs et le grand public.”

Les auteurs soutiennent qu'aborder ce problème d'un point de vue systémique présente des opportunités d'étendre l'application des matériaux carbonés dans les secteurs industriel, commercial et médical ; soutenir une main-d’œuvre dynamique et compétente; garantir un développement, une utilisation et une gestion de fin de vie responsables, du laboratoire au marché ; et aider le monde à atteindre les objectifs climatiques mondiaux et les objectifs de durabilité.