Projektbeschreibung

Mikropartikel in der aquatischen Umwelt und in Lebensmitteln – sind biologisch abbaubare Polymere eine denkbare Lösung für das „Mikroplastik-Problem“? - MiPAq

Der Bedarf an Kunststoffen wird global als auch national in den kommenden Jahrzehnten stark ansteigen.
Mit einem jährlichen globalen Produktionsvolumen von derzeit über 300 Millionen Tonnen finden sich Kunststoffe in einer Vielzahl an Produkten des täglichen Gebrauchs. Das potentielle Umweltrisiko und die damit verbundenen Risiken für die menschliche Gesundheit von Plastikrückständen in aquatischen Systemen rücken daher immer stärker in den Blickpunkt des wissenschaftlichen und öffentlichen Interesses (Ivleva et al. 2016, Dris et al. 2015, Ivar do Sul und Costa 2014, Foekema et al. 2013, Moore et al. 2008). Dabei gelten vor allem sehr kleine Größenfraktionen, sog. Mikroplastik (MP), als besonders bedenklich. Die Größenangaben für Mikroplastikpartikel sind in der Literatur nicht einheitlich definiert und liegen zwischen 5 mm und 0,001 mm.

Sogenannte primäre Mikroplastikpartikel werden in bislang unterschiedlich berichteten Mengen aus Kunststoffbekleidung, Kosmetika oder Reinigungsprodukten über Regen-, Mischwasserentlastungen und Kläranlagen in Oberflächengewässer eingetragen. Eine weitere potentielle Eintragsquelle stellen im Baugewerbe, im Verkehrsbereich und in der Landwirtschaft verwendete Kunststoffe und Kunststoffabrieb dar, die über verschiedene Transportmechanismen diffus in Gewässer eingetragen werden können (Ivleva et al. 2016, Browne et al. 2014).
Im Gegensatz dazu entsteht sekundäres Mikroplastik (Wright et al. 2013) durch den Zerfall von Kunststoffmüll in kleinere Fragmente aufgrund diverser Degradationsprozesse (mechanisch, UV-Strahlung, mikrobiell). Bedingt durch die sehr langsame Abbaudynamik von Kunststoffen kann der bis dato in die Umwelt gelangte Kunststoff voraussichtlich über mehrere hundert Jahre in den Ökosystemen verweilen.

Ziel des Projekts

Ziel des Projekts MiPAq ist die Gegenüberstellung von Partikelfraktionen aus praktisch nicht abbaubaren erdölbasierten Kunststoffmaterialien und biologisch abbaubaren Materialien im Vergleich zu natürlichen Sedimentpartikeln. Dies beinhaltet:

  • die Weiterentwicklung und Anwendung harmonisierter und effizienter Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastik (5 mm – 1 μm)
  • die Untersuchung von Eintrag und Verhalten in der aquatischen Umwelt und Lebensmitteln
  • die vergleichende Bewertung einer potentiellen Gefährdung aquatischer Ökosysteme durch Partikel
  • die Entwicklung technischer Maßnahmen zur effizienten Minderung des Eintrages. 

Gegenüber existierenden Studien zum Thema Mikroplastik werden in diesem hier vorgeschlagenen Forschungsprojekt weitere potentielle partikuläre Stressoren mitberücksichtigt. Besonders die Betrachtung von Biopolymeren als denkbarer Ersatz für herkömmliche Kunststoffe ist dabei hervorzuheben. Darüber hinaus zeichnet sich dieses Projekt durch eine ganzheitliche Betrachtung der Thematik (von der Umwelt bis zum Lebensmittel) aus. 
Durch die Kombination der chemisch-analytischen und ingenieurwissenschaftlichen Expertise, sowie einer naturwissenschaftlich-ökologischen Betrachtung zum Systemverständnis, kann eine objektive Bewertung der Thematik erfolgen, um - wo erforderlich - entsprechende technologische Lösungsansätze zu entwickeln. Dies erlaubt eine zielgerichtete Umsetzung technologischer und regulatorischer Maßnahmen, eine privatwirtschaftliche Verwertbarkeit, sowie die Bereitstellung fundierter Grundlagen für das Umweltmonitoring (behördlich und durch Unternehmen) und die interessierte Öffentlichkeit.

Vier Themenfelder

Im Rahmen von MiPAq werden die folgenden vier Themenfelder bearbeitet:

  1. Analytische Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Mikropartikeln aus biologisch abbaubaren Kunststoffen (in aquatischen Umweltproben und Lebensmitteln), Herstellung von standardisierten Testsubstanzen und Referenzmaterialien
  2. Verhalten in der aquatischen Umwelt
  3. Wirkungen in der aquatischen Umwelt
  4. Eintrag von Mikropartikeln in Lebensmittel und in den Wasserkreislauf - Systemanalysen und Minderungsstrategien 

Quellen

1. Browne MA, Janssen CR (2014) Microplastics in bivalves cultured for human consumption. Environmental Pollution 193: 65–70.

2. Dris R, Imhof H, Sanchez W, Gasperi J, Galgani F, Tassin B, Laforsch C (2015) Beyond the ocean: Contamination of freshwater ecosystems with (micro-) plastic particles. Environmental Chemistry 12(5): 32.

3. Ivar do Sul JA, Cost MF (2013) The present and future of microplastic pollution in the marine environment. Environmental Pollution 185: 352-364.

4. Ivleva NP, Wiesheu AC, Niessner R (accepted 2016) Microplastics in Aquatic Ecosystems. Angewandte Chemie International Edition. DOI: 10.1002/anie.201606957

5. Foekema EM, De Gruijter C, Mergia MT, van Franeker JA, Murk AJ, Koelmans AA (2013): Plastic in North sea fish. Environmental Science & Technology 47 (15): 8818-8824.

6. Moore CJ (2008): Synthetic polymers in the marine environment: A rapidly increasing, longterm threat. Environmental Research 108 (2): 131-139.

7. Wright SL, Thompson RC, Galloway TS (2013) The physical impacts of microplastics on marine organisms: A review. Environmental Pollution 178: 483-492.