Bisphenol A – die umstrittene Massenchemikalie

Chemie und Herstellung von Bisphenol A

Bei der Herstellung von BPA werden zwei Phenolkerne (zyklische Kohlenwasserstoffe) über ein Molekül Aceton in einer Kondensationsreaktion miteinander verbunden. Das BPA kann als Zwischenprodukt zu festen Polycarbonaten oder flüssigen Kunstharzen umgesetzt werden. Hierbei bilden die einzelnen BPA-Moleküle ketten- oder netzartige Strukturen (Polymere). BPA in unveränderter Form wird als chemisches Additiv eingesetzt.

Verarbeitung von Bisphenol A zu Alltagsprodukten

Unzählige Geräte und Haushaltsgegenstände werden aus Polycarbonaten hergestellt. Das sind Kunststoffe, die sich durch hohe Schlagfestigkeit, Zähigkeit, Steifheit und Härte auszeichnen, gute elektrische Isolatoreigenschaften besitzen und widerstandsfähig gegen Witterungs- und Strahlungseinflüsse sind. Polycarbonate sind zwar entflammbar, brennen aber nur in Gegenwart heißer Oberflächen, Flammen, Funken und anderer Zündquellen. Deshalb sind sie in vielen Bereichen als Werkstoffe sehr beliebt.

Zu den Produkten, die aus Polycarbonaten hergestellt werden, zählen:

• Gehäuse für Telefone, Computer und Elektrogeräte
• Mikrowellentaugliche Kochutensilien
• Behälter für Getränke und Lebensmittel (u.a. Babyfläschchen)
• Elektrostecker und -schalter
• Sturzhelme und Schutzschilde
• Transparente Regendächer und Autoteile
• Sicherheitsscheiben (Kunstglas), Brillengläser
• Medizinische Geräte (z.B. für die Dialyse)
• Datenträger (CDs, DVDs, Blu-ray DiscsTM)

Im Gegensatz zu den formbaren Polycarbonaten werden die aus BPA hergestellten Epoxidharze als Lacke und Klebstoffe genutzt. Durch Beimischen von Härtern entstehen lösungsmittelbeständige Oberflächen- und Innenbeschichtungen. Epoxidharze sind u.a. enthalten in:

• Innenbeschichtungen von Getränke- und Konservendosen
• Lacken, Klebstoffen und Verbundwerkstoffen (z.B. zur Herstellung von Surfbrettern, Squash- und Tennisschlägern etc.)
• Innenbeschichtungen von Tanks, Rohren und Boilern
• Bodenbelägen
• Platinen

Nichtpolymeres BPA findet vielfältige Verwendung, u.a. als.:

• Entwicklersubstanz in der Beschichtung von Thermopapier (z.B. Kassenbons, Faxpapier)
• Stabilisator, Antioxidationsmittel oder Weichmacher in Reifen, Bremsflüssigkeit und Weich-PVC (Aufblasartikel, Gartenschläuche, Schnuller und Sauger)

Von BPA abgeleitete Substanzen wie BPA-Glycidylacrylat oder BPA-Dimethacrylat werden in der Zahntechnik als Füll- und Versiegelungsmassen eingesetzt (Zahnspangen). Das halogenierte Derivat Tetrabrombisphenol A wirkt als Brandhemmer und findet als Flammschutzmittel in Elektrokabeln Anwendung.

Produktionsmengen

Die Weltjahresproduktion an BPA betrug 2006 3,8 Millionen Tonnen. Allein in der EU wurden im selben Jahr 1,15 Millionen Tonnen produziert. 1,06 Millionen Tonnen pro Jahr wurden für die Herstellung von Polycarbonaten und Epoxidharzen verbraucht. Auf die Beschichtung von Thermopapier entfielen 1900 Tonnen, auf die Verarbeitung von PVC 1800 Tonnen und auf die Produktion von Bremsflüssigkeiten, Reifen und Polyestern wurden 19700 Tonnen verwendet. Die restlichen 65000 Tonnen gingen in den Export.

Wie stark belastet Bisphenol A die Umwelt?

Polycarbonate und Epoxidharze bestehen aus chemisch gebundenem, polymerisiertem BPA. Dieses kann unter speziellen Bedingungen oder durch Veränderung der molekularen Struktur jedoch zum Teil wieder freigesetzt werden. Zudem enthalten die Werkstoffe stets Reste von ungebundenem BPA. Da die mittlere Abbaurate in Kläranlagen lediglich 63 Prozent beträgt, gelangt BPA aus den Kläranlagen einerseits in die Gewässer, andererseits über Klärschlamm, der zur Ackerdüngung ausgebracht wird, in den Boden. Staatliche Messungen zur Stoffkonzentration in deutschen Fließgewässern (durchgeführt von 2002 bis 2008) ergaben eine:

• mittlere Belastung mit BPA von 0,05 Mikrogramm pro Liter
• Belastung im Jahresmittel von maximal 0,49 Mikrogramm pro Liter
• Höchstbelastung von 5,2 Mikrogramm pro Liter

Diese Daten belegen eindeutig das Vorkommen von BPA in der Umwelt. Die EU-Risikobewertung berechnete zudem eine mittlere Sedimentbelastung von 6 Mikrogramm pro Kilogramm Nassgewicht.

Auswirkungen von Bisphenol A auf die Umwelt

Wissenschaftliche Studien belegen den verbreiteten Eintrag von BPA in Gewässer und in das Erdreich. Eine besondere Rolle spielen hierbei die:

• Belastung durch BPA-produzierendes beziehungsweise verarbeitendes Gewerbe
• Belastung durch Produktion und Recycling von Thermopapier

Staatliche Messungen belegen den verbreiteten Eintrag von BPA in Gewässer und in das Erdreich. Die im Rahmen der EU-Risikobewertung durchgeführten Studien zeigen, dass auf Grund der östrogenen Wirkung von BPA sowohl die Fortpflanzung als auch die geschlechtliche Entwicklung verschiedener Gewässer- und Bodenorganismen beeinträchtigt wird. Zwar fehlt bisher der Nachweis, ab welchen Konzentrationen die getesteten Arten betroffen sind, jedoch gibt es Indizien, dass bereits sehr geringe BPA-Konzentrationen negative Auswirkungen auf die Fortpflanzung und Entwicklung von Schnecken, Fischen und Fröschen haben. Einige durch BPA verursachte Effekte in den Organismen sind:

• Verweiblichung und Fehlbildungen bei Fröschen
• fehlgebildete Fortpflanzungsorgane bei Schnecken, Fischen und Vögeln
• verringerte Spermienqualität, verzögerte Spermienreife und Verschiebung des Geschlechterverhältnisses bei Fischen
• erhöhte Eiproduktion bei Schnecken und Krebsen
• verzögerter Schlupf bei Insekten

Neuerdings steht die Chemikalie auch im Verdacht, Herz-Kreislauf-Probleme, Krebs sowie Leber- und Nierenschäden beim Menschen zu verursachen oder zu fördern.

Erste Schlussfolgerungen durch das Umweltbundesamt

Die bislang vorliegenden Daten legen nahe, dass die Auswirkungen von BPA auf die Umwelt bislang als zu gering eingeschätzt wurden. Ferner liefern sie Hinweise auf mögliche Risiken für die menschliche Gesundheit. Das Umweltbundesamt sieht denn auch die Produzenten und Verwender in der Pflicht, potenziell problematische Substanzen wie BPA durch umweltverträglichere Alternativen zu ersetzen und die Belastung der Umwelt durch BPA auf ein Minimum zu reduzieren.

Die hormonelle Wirkung von Bisphenol A

Hormonell wirkende Stoffe können ab einer kritischen Konzentration den Hormonhaushalt im Körper beeinflussen. Ihre molekulare Struktur erlaubt es diesen Substanzen, in Konkurrenz zu den natürlichen Hormonen die entsprechenden Rezeptoren zu erkennen, an sie zu binden und sie somit zu aktivieren oder zu hemmen. Hierdurch greifen sie in die durch körpereigene Hormone gesteuerten Prozesse wie die Fortpflanzung und die Entwicklung ein.

Auch Bisphenol A zählt zu diesen sogenannten "endokrinen Disruptoren" (endokrin = innere Drüsen betreffend; Disruptor = einer, der etwas zerreißt oder mit Gewalt auflöst). Es vermag Schilddrüsenhormone und männliche Sexualhormone zu hemmen, während es die Wirkung von weiblichem Östrogen verstärkt. Gelangt es in ausreichender Menge in den Körper, kann dies zur "Verweiblichung" des Organismus führen.

Die im Rahmen der EU-Risikobewertung gewonnenen Erkenntnisse über die Auswirkungen von freigesetztem BPA auf den Hormonhaushalt von Gewässer- und Bodenorganismen legen folgende Fragen nahe:

• In welchem Ausmaß gerät der Mensch in Kontakt zu BPA?
• Welche möglichen gesundheitlichen Risiken können sich dadurch ergeben?

Wie und wo wird Bisphenol A freigesetzt?

Bisphenol A wird freigesetzt, wenn BPA-haltige Werkstoffe mit heißem Wasser in Berührung kommen. Das ist beispielsweise in Konserven- und Getränkedosen oder in Wasserboilern der Fall. BPA gelangt demnach mit dem Wasser beziehungsweise mit der Nahrung in den Körper. Messungen ergaben bei Konserven eine BPA-Belastung von bis zu 38 Mikrogramm pro Kilogramm Doseninhalt (bei Fleischkonserven lagen die Werte teilweise noch höher). Während im kalten Wasser aus mit Epoxidharz ausgekleideten Trinkwasserspeichern kein freies BPA nachgewiesen werden konnte, kann erhitztes Wasser je nach Zustand und Art der Installation mit 30 bis 280 Mikrogramm BPA pro Liter belastet sein. Auch während des Spülens von Haushaltsgefäßen aus Polycarbonat wird BPA aus dem Werkstoff herausgelöst. Die freigesetzten Mengen schwanken je nach Wassertemperatur, Spüldauer und verwendetem Spülmittel.

Laut einer 2011 im Greenpeace Magazin veröffentlichten Studie überschreitet das in manchen Kassenbons nachgewiesene BPA teilweise sogar den Tagesrichtwert. Die belasteten Bons seien daher als gefährlich einzustufen.

Wie wird Bisphenol A vom Organismus aufgenommen?

Auf Grund der Präsenz von BPA in allen Bereichen des Lebens kommt jeder Mensch mit dieser Chemikalie ein Leben lang in Kontakt. Studien ergaben als mittlere Aufnahmemenge bei Erwachsenen und Kindern 0,03 bis 0,07 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag. Bei Säuglingen, die ausschließlich das Fläschchen bekommen, kann der Wert auf 0,8 pro Kilogramm Körpergewicht und Tag ansteigen. Die höchsten bei Kindern ermittelten Werte von 7 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag lassen aber vermuten, dass außer der oralen Aufnahme noch andere, bislang nicht bekannte Aufnahmewege existieren. Bei Menschen in medizinischer Intensivbehandlung (z.B. Dialyse) oder an BPA produzierenden oder verarbeitenden Arbeitsplätzen steigt die Belastung deutlich an.

Die Wirkung von Bisphenol A auf das menschliche Hormonsystem

Die östrogene Wirkung geht nur von freiem, nicht verstoffwechseltem BPA aus. Das über Nahrungsmittel und über das Trinkwasser aufgenommene BPA wird rasch zu unschädlichem Bisphenol A-Glucuronid und Bisphenol A-Sulfat umgewandelt und über die Nieren ausgeschieden. Die Europäische Lebensmittelbehörde (EFSA) und andere Institutionen gingen deshalb bislang davon aus, dass BPA kein gesundheitliches Risiko in sich birgt, zumal die tägliche Aufnahme weit unter der (allerdings bei Nagetieren ermittelten) tolerierbaren Dosis von 50 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag läge. Dieser Einschätzung widersprechen zahlreiche Autoren, die von Auswirkungen weit niedriger Dosen von BPA auf die Fortpflanzung und Entwicklung berichten.

Neuere Daten weisen zudem darauf hin, dass das hormonell wirksame BPA in den Hoden und in der Plazenta wieder freigesetzt werden kann (Ginsberg G., Rice D.C., Environmental Health Perspectives, 2009). Darüber hinaus wurde freies BPA in relevanten Mengen im menschlichen Blut nachgewiesen (Vandenberg L.N. et al.; Environmental Health Perspectives, 2010). In jüngster Zeit wurden Zusammenhänge zwischen der BPA-Belastung und sexueller bzw. entwicklungsbiologischer Störungen aufgedeckt:

• so leiden Arbeiter in der BPA-verarbeitenden Industrie vermehrt an verminderter Libido, Erektions- sowie Ejakulationsstörungen - und das bei einer BPA-Konzentration im Blut, die lediglich 5% des Wertes erreicht, der von der EFSA als unbedenklich eingestuft wird
• Vergleichbare Belastungen wurden auch bei einigen deutschen Kindern und Jugendlichen festgestellt
• Frauen, die an Wucherungen der Gebärmutterschleimhaut (Endometriose) leiden, weisen ebenfalls einen erhöhten Wert an BPA im Körper auf
• Bei den Töchtern von Müttern, die während der Schwangerschaft einer höheren Belastung durch BPA ausgesetzt waren, konnten im Alter von zwei Jahren Verhaltensstörungen beobachtet werden
• In den USA wurde bei höher belasteten Personen häufiger ein Diabetes oder eine Herz-Kreislauferkrankung diagnostiziert

In mehr als einhundert weiteren Studien an Ratten und Mäusen konnten die Auswirkungen selbst geringer Dosen BPA auf das Verhalten, das Lernvermögen und auf die Hirnstruktur der Nachkommen nachgewiesen werden. Die Versuchstiere zeichneten sich zudem durch Prostatavergrößerung, verringerte Spermienkonzentration und vorzeitige Pubertät aus. All diese Daten legen den Verdacht nahe, dass BPA auch beim Menschen die Entwicklung des Gehirns und anderer Organe beeinflussen könnte.

Bewertung der Umwelt- und Gesundheitsrisiken von Bisphenol A

Die Bewertung möglicher Risiken durch BPA wird seit Jahren so kontrovers diskutiert wie bei kaum einer anderen Substanz. Während die EU-Risikobewertung, die europäische Lebensmittelbehörde (EFSA) und das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) bislang davon ausgingen, dass von BPA "bei sachgemäßer Verwendung" kein gesundheitliches Risiko ausgehe, revidierte die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) ihre Einschätzung von 2008, BPA sei ohne gesundheitsschädliche Risiken. Das US-amerikanische National Toxicology Programme äußerte sich besorgt, dass BPA bereits bei sehr niedrigen Konzentrationen das Gehirn und die Prostata von Föten, Säuglingen und Kindern beeinträchtigen könnte. Auch einzelne europäische Länder mögen eine Gesundheitsgefährdung durch BPA nicht mehr generell ausschließen und haben in den letzten Jahren nationale Präventivmaßnahmen ergriffen.

Vorsorgemaßnahmen

Immer mehr Länder fordern oder verwirklichen bereits gesetzliche Vorsorgemaßnahmen zum Schutz der Umwelt und des Menschen vor BPA. So verlangt die Chemikalienverordnung der Europäischen Union seit 2010 von den Herstellern von BPA eine Risikobewertung. Diesen Stoffsicherheitsbericht sollen die nationalen Behörden als Grundlage für zusätzliche Maßnahmen nutzen. Auch das Umweltbundesamt (UBA) hält Vorsorgemaßnahmen zur gezielten Verringerung der Exposition besonders gefährdeter Personen für gerechtfertigt. Es spricht sich zudem dafür aus, die Verwendung bestimmter BPA-haltiger Produkte, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, einzuschränken. Den Herstellern legt das UBA nahe, alternative Werkstoffe zu verwenden, um den Eintrag von BPA in die Umwelt so weit wie möglich zu reduzieren. Eine Reihe von Ländern haben aus der Diskussion bereits Konsequenzen gezogen:

• Norwegen erwägt eine strikte Begrenzung des Gehaltes von BPA in Verbraucherprodukten
• Dänemark und Frankreich haben seit 2010 BPA-freisetzende Lebensmittelverpackungen und Babyfläschchen vorläufig verboten
• Kanada, Australien und mehrere US-Bundesstaaten haben bereits ein Verbot BPA-haltiger Babyflaschen verfügt
• Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) will den BPA-Gehalt in Babynahrung und in Trinkgefäßen vermindern

Wie das Bundesverbraucherministerium 2011 mitteilte, dürfen ab Juni 2011 keine BPA-haltigen Babyfläschchen mehr in den Handel gelangen. Der Einsatz von BPA in der Produktion ist ebenfalls untersagt. Deutschland reagierte damit auf eine Anordnung der EU-Kommision vom November 2010. Wie die Beratungskommission der Gesellschaft für Toxikologie in einer Stellungnahme vom 09.05.2011 verlautbaren ließ, beruht das Verbot von Babyflaschen aus Polycarbonat auf einer strengen Anwendung des Vorsorgeprinzips. Anlass zur Besorgnis bestehe jedoch nicht.

Obwohl die europäische Lebensmittelbehörde (EFSA) nach wie vor an ihrer Einschätzung festhält, dass BPA "bei der derzeitigen Verbraucherexposition für keine Altersgruppe ein Gesundheitsrisiko darstellt ", hat sie den bisher "sicheren Grenzwert" von bisher fünfzig auf vier Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag gesenkt.

Quellen:

• Umweltbundesamt; Stand: 31. Mai 2010
• Bundesverbraucherministerium; Stand: 11. Februar 2011
• Beratungskommission der Gesellschaft für Toxikologie; Stand: 09. Mai 2011
• GreenPeace-Studie; Stand: 16.08.2011
• Europäische Lebensmittelbehörde; Stand: 21.01.2015
• Ginsberg G., Rice D.C., Environmental Health Perspectives, 2009
• Vandenberg L.N. et al.; Environmental Health Perspectives, 2010

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