Vom Allheilmittel zum Umweltproblem: Mikroplastik 

 

100 Jahre Makromolekulare Chemie

Plastik ist zu einem essentiellen Bestandteil unseres Alltags geworden. Doch es bringt nicht nur Segen, sondern stellt uns vor eine große Herausforderung: Plastik in der Umwelt. Egal ob im Boden, im Wasser oder in der Luft – überall in unserer Umwelt finden wir Mikroplastik. Wie gelangt es dorthin? Und welche Probleme entstehen?

Plastik: Günstig und leicht

Mit ihren vielseitig anpassbaren Materialeigenschaften haben Kunststoffe, umgangssprachlich Plastik, zahlreiche technischen und medizinischen Innovationen ermöglicht. Ihre Produkte sind leicht, aber dennoch stabil, korrosionsbeständig und besitzen hervorragende isolierende Eigenschaften – nur ein Bruchteil ihrer Vorzüge. Im Vergleich zu anderen Materialien ist die Produktion der Kunststoffe günstig und so finden wir sie in einer Vielzahl an Produkten.

Kunststoffe in Zahlen

Die weltweite Produktion von Kunststoffen ist seit den 1950er-Jahren von 1,7 Millionen Tonnen auf 359 Millionen Tonnen angestiegen (Stand 2018). Der Hauptanteil der verarbeiteten Kunststoffe beschränkt sich auf wenige Sorten: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PUR), Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol (PS). Sie dienen hauptsächlich für kurzlebige Einwegprodukte wie Verpackungen, wodurch sich im Laufe der Jahre die Menge an anfallendem Plastikmüll rapide erhöht hat. Im Jahr 2016 wurden lediglich 31 Prozent der Kunststoffe recycelt. Der Rest der Kunststoffabfälle wird europaweit nach wie vor deponiert oder einer anderweitigen Verwertung, beispielsweise der Müllverbrennung, zugeführt.

Vom Problemlöser zum Umweltproblem

Inzwischen ist Plastik längst nicht mehr nur ein günstiger Rohstoff, sondern zum Umweltproblem geworden.
Ein nicht unerheblicher Anteil des Kunststoffabfalls gelangt durch unbedachte und unsachgemäße Entsorgung in die Umwelt. (Damit befasst sich ein weiterer Beitrag hier auf FaszinationChemie, Anm. der Red.) Das Weltwirtschaftsforum hat berechnet, dass jedes Jahr etwa 32 Prozent des aus Kunststoff bestehenden Verpackungsmaterials unsachgemäß in der Umwelt entsorgt wird. Die Hauptproblematik von Kunststoffen in der Umwelt resultiert aus der hohen Beständigkeit und Langlebigkeit des Materials. Die Kunststoffe, abhängig von der Sorte, zersetzen sich nur langsam und verbleiben somit bis zu hunderten von Jahren in der Umwelt. Dort sind sie unterschiedlichsten Umwelteinflüssen ausgesetzt, die Mikroplastik entstehen lassen.
 

Was bedeutet Mikroplastik?

Mikroplastik ist nicht gleich Mikroplastik. Es ist ein Sammelbegriff für kleine Partikel diverser Kunststoffsorten, die in unterschiedlichen Abbaustufen in der Natur vorkommen und unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Per Definition bezeichnet man als Mikroplastik Fragmente, Fasern und sphärische Partikel aus Kunststoffen, die kleiner als fünf Millimeter sind. Sie gelangen auf unterschiedliche Weise in die Umwelt, zum Beispiel durch Transport in der Atmosphäre oder über Abwässer. Dort sammeln sie sich an. 

Es wird zwischen „primärem Mikroplastik“ und „sekundärem Mikroplastik“ unterschieden. „Primäres Mikroplastik“ produziert die Industrie als Bestandteil von beispielsweise Kosmetika, Reinigungsprodukten oder Schleifmitteln. Dieses gelangt vorwiegend über das Abwasser in die Umwelt. „Sekundäres Mikroplastik“ entsteht durch mechanische, chemische und/oder biologische Degradation aus größeren Plastikfragmenten (Makroplastik) oder durch Abrieb von unterschiedlichen Kunststoffprodukten, die in der Landwirtschaft, Bauindustrie, Textilindustrie oder im Verkehr verwendet werden.

Von der Tiefsee bis zum Berggipfel

Mittlerweile gilt als gesichert, dass Mikroplastik weltweit in allen Lebensräumen, von der Tiefsee bis hin zu den polaren Regionen und von hohen Berggipfeln bis zu Ackerflächen im Tiefland, in teilweise erheblichen Mengen vorkommt. Neueste Schätzungen gehen davon aus, dass sich an Land fast vierzigmal mehr Makro- und Mikroplastik befindet als in den Ozeanen. Dies unterstreicht, dass die Plastikkontamination der Umwelt nicht nur die Weltmeere betrifft, sondern von globaler Relevanz ist.

Studien als Momentaufnahmen

Jedoch gilt zu bedenken, dass das Ausmaß der Kontamination der Umwelt bis dato noch nicht vollständig erfasst werden kann. Ein Grund dafür ist, dass Mikroplastik in der Umwelt, anders als lösliche Schadstoffe, zeitlich und räumlich nicht homogen verteilt ist und daher die meisten Studien zur Mikroplastikkontamination unserer Umwelt lediglich Momentaufnahmen darstellen. Zudem werden Verfahren zur Mikroplastikanalyse gerade erst entwickelt. Es ist alles andere als trivial, Partikel, die kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares sind, aus komplexen Umweltproben zu isolieren und zu analysieren. 

Hohe Aufmerksamkeit durch erkannte mögliche Risiken

Es wird vermutet, dass von Plastik, insbesondere von Mikroplastik, potenzielle biologische Risiken ausgehen. Große Plastikfragmente in der Umwelt können zu Verletzungen beispielsweise durch Einschnürungen führen. Plastik kann auch als Träger für Schadstoffe, gebietsfremde Arten oder Krankheitserreger sein. In einem Kubikmeter Luft, die wir einatmen, befinden sich bis zu 16 Mikroplastikpartikel.

Tiere zum Beispiel können die Plastikpartikel, gerade wegen ihrer geringen Größe, mit Nahrung verwechseln. Gelangt das Mikroplastik in den Verdauungstrakt, entstehen weitere Risiken. Mit den Partikeln kann der Organismus Kunststoff-assoziierten Schadstoffen oder Additive aufnehmen, die sich in der Nahrungskette akkumulieren. 
 

Es wird auch angenommen, dass sich die orale Aufnahme von Mikroplastik negativ auf das Darmmikrobiom auswirkt, umgangssprachlich Darmflora, das essentiell für die Aufnahme von Nährstoffen ist und eine wichtige Rolle im Immunsystem spielt. Ein Gefährdungspotenzial, das intensiv diskutiert, aber bislang nur unzureichend wissenschaftlich untersucht und verstanden wurde, ist der Übergang von Mikroplastik über den Verdauungstrakt in Zellen und Gewebe, wo Entzündungen entstehen können. 

Herausforderungen für die Forschung

Viele Effektstudien untersuchen fabrikneue Kunststoffe, die höchstwahrscheinlich andere Eigenschaften aufweisen als Partikel, die sich bereits seit Jahren in der Umwelt befinden. Die komplexe Thematik ist eine große Herausforderung für die Mikroplastikforschung. So kommt es, dass trotz ihrer enormen ökonomischen und ökologischen Relevanz, noch erhebliche Wissenslücken bestehen, die es zu schließen gilt.

An dieser Wissenslücke forscht zum Beispiel der Sonderforschungsbereich 1357 (SFB 1357) „Mikroplastik – Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze“. Die daraus resultierenden Erkenntnisse sollen erstmals eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für die Bewertung der Umweltrisiken von Mikroplastik existierender Massenkunststoffe bieten. Aufbauend auf den Ergebnissen soll eine nachhaltige Polymerchemie neue umweltfreundliche Kunststoffe entwickeln.

Autor: Prof. Dr. Christian Laforsch (Universität Bayreuth)
Redaktionelle Bearbeitung: Lisa Süssmuth, GDCh

Die Makromolekulare Chemie feiert in diesem Jahr hundert Jahre. Jeder von uns ist Makromolekülen schon begegnet, zum Beispiel in Form von Kunststoff. Zum Jubiläum zeigen unsere Beiträge dieses Jahr, wo Makromoleküle vorkommen.

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