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Einführung in die Plastik-Problematik

Können Sie sich ein Leben ohne Kunststoff vorstellen? Zugegeben – das ist schwierig, denn Kunststoffe finden in nahezu allen Lebensbereichen Anwendung. Seit den 1950er Jahren haben die Produktionsmengen von Kunststoff enorm zugenommen: Global stiegen sie von etwa 1,5 auf 335 Millionen Tonnen im Jahr 2016 [1]. Die Tendenz ist auch heute noch steigend: In Europa stieg die Plastikproduktion zwischen 2015 und 2016 von 58 auf 60 Millionen Tonnen, weltweit von 322 auf 335 Millionen Tonnen. Der Grund dafür, warum synthetische Kunststoffe, umgangssprachlich auch Plastik genannt, so begehrt sind, sind ihre nützlichen und vielseitigen Eigenschaften. Kunststoffe sind zum Beispiel sehr leicht, resistent und zudem kostengünstig.

Die Schattenseite der Erfolgsgeschichte Kunststoff: Die Lebenszeit vieler Kunststoffprodukte ist sehr kurz. In der EU wurde 2016 der Großteil des Kunststoffs, den die Industrie verarbeitet hat, – fast 40 % – für kurzlebige Verpackungen verwendet [1]. Was passiert mit den ausgedienten Produkten, dem Plastikmüll? Derzeit werden in der EU etwa je 30 % des eingesammelten Plastikmülls deponiert bzw. recycelt und 40 % zur Energiegewinnung verbrannt [1]. Jedoch wird ein Teil des angefallenen Plastikmülls – wie viel ist nicht bekannt und variiert international – nicht eingesammelt und gelangt in die Umwelt.

Das Plastikmüllproblem. Da Plastik auf natürlichem Wege praktisch nicht abbaubar ist, akkumuliert es in der Umwelt. Insbesondere die natürlichen Systeme Meer und Ozean mit ihren Bereichen Strand, Wasseroberfläche, Wassersäule und Meeresboden sind betroffen – weltweit. Seit den 1970ern ist bekannt, dass sich in den Ozeanen Müll ansammelt. Eine Studie schätzt, dass 2010 zwischen 4,8 und 12,7 Millionen Tonnen Plastik in die Meere gelangten [2]. Jeder der fünf großen Meeresstrudel transportiert so viel Müll in seinen kreisförmigen Bahnen, dass schon von „Müllstrudeln“ und „Plastikinseln“ gesprochen wurde.

Plastikmüll ist nicht nur ein ästhetisches, sondern auch ein ökologisches Problem: Er birgt ein physisches Verletzungsrisiko für Meeresorganismen, da diese sich verheddern und sogar Plastikteile aufnehmen können – mit zum Teil tödlichen Folgen. Zudem bestehen ökotoxikologische Gefahren, die zwei verschiedene Ursachen haben können. Einmal werden dem Plastik zugefügte Hilfsstoffe wie der Weichmacher BPA im Verwitterungsprozess in die natürliche Umwelt freigesetzt [3]. Zum anderen binden Schadstoffe im Umgebungswasser an die Oberfläche von Kunststoffteilen. Es wird befürchtet, dass Meeresorganismen, die belastete Kunststoffpartikel aufnehmen, auf diese Weise höheren Konzentrationen an Schadstoffen ausgesetzt sind, und Plastikpartikel gleichsam Schadstoffe in Organismen transportieren. Wie relevant Plastik als Schadstoff-Vektor tatsächlich ist, ist jedoch noch unklar [4]. Generell besteht noch großer Forschungsbedarf, um die Einflüsse von Mikroplastik auf Ökosysteme zu beschreiben und Gefahren einschätzen zu können.

Während das Problem des Plastikmülls im Meer schon lange bekannt ist, richtet sich der Fokus von Wissenschaft und Gesellschaft derzeit auf sogenanntes Mikroplastik. Ab einer Größe von unter 5 mm nennt man die in der Umwelt gefundenen Plastikpartikel Mikroplastik. In Bezug auf deren Herkunft kann man zwischen zwei Typen unterscheiden: primäres und sekundäres Mikroplastik. Bei primärem Mikroplastik handelt es sich um mikroskopisch kleines Kunststoffpartikel, die gezielt hergestellt werden – als Ausgangsmaterial für diverse Plastikprodukte, für industrielle Arbeiten oder auch für Kosmetikprodukte. Diese sogenannten Granula, Pellets oder Kügelchen können entweder beim Transport oder – im Falle der Kosmetik – bei der Nutzung des Endproduktes in die Umwelt gelangen. Kunststoffe in Kosmetika, die sowohl in fester als auch flüssiger Form beigemischt werden, werden in Abwasser gespült, wo sie oft nicht durch Klärwerke herausgefiltert werden können. So gelangen sie in Flüsse und letztlich ins Meer. Diejenigen Partikel, die in Kläranlagen herausgefiltert werden, können mit Klärschlämmen auf landwirtschaftliche Flächen aufgetragen werden. Sekundäres Mikroplastik entsteht, wenn durch Sonneneinstrahlung und mechanische Belastung größere Teile in kleinere Fragmente zerfallen. Eine weitere Quelle von Mikroplastik sind Textilien auf Kunststoffbasis: Beim Waschen lösen sich synthetische Fasern vom Kleidungsstück und gelangen ebenfalls ins Abwasser.

Was passiert mit dem Mikroplastik? Die Plastikpartikel, die eine niedrigere Dichte als Wasser haben, schwimmen auf der Meeresoberfläche und werden mit den Meeresströmungen getrieben. Ein großer Teil des Mikroplastiks sedimentiert jedoch – er sinkt auf den Grund von Meeren und Flüssen. Auch hier werden Plastikteilchen von bodenlebenden Organismen aufgenommen mit noch weitgehend unbekannten Folgen für einzelne Organismen und Ökosysteme.

Seit einigen Jahren versuchen Wissenschaftler weltweit, ein umfassendes Bild der globalen Mikroplastik-Verschmutzung zu zeichnen. Da das Forschungsfeld noch recht jung ist, gibt es noch keine einheitlichen Analysemethoden, sondern es wird eine Vielzahl an Verfahren praktiziert. Dies führt dazu, dass die globale und auch lokale Vergleichbarkeit der Ergebnisse unterschiedlicher Studien nicht gegeben ist. Seit Jahren betonen Wissenschaftler weltweit, dass eine Standardisierung der Mikroplastik-Forschung nötig ist, um Studien miteinander vergleichen zu können. Wir, die Wissenschaftler der AG Koch, möchten daher einen Beitrag zur Entwicklung schneller und zuverlässiger spektroskopischer Analyseverfahren für Mikroplastik in Sedimentproben leisten.

Entwicklung und Erprobung spektroskopischer Methoden zur Analyse von Mikroplastik in Sedimentproben

Bürgerforschung – Analyse von Mikroplastik in Sedimentproben im Citizen Lab für Mikroplastik

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[1] Dies umfasst Thermoplastik, Polyurethane und Thermoset (PlasticsEurope (2017). Plastics – The facts).
[2] Quelle: Jambeck et al (2015). Plastic waste inputs from land into the ocean. Wissenschaftlicher Fachartikel in Marine Pollution.
[3] Quelle: Brown et al. (2007). Chemie – Die zentrale Wissenschaft. Buch.
[4] Quelle: Koelmans et al. (2014). Leaching of plastic additives to marine organisms. Wissenschaftlicher Fachartikel in Environmental Pollution.