Nachhaltigkeit 20.09.2021, 07:00 Uhr

Klimawandel: An diese Folgen hat bislang niemand gedacht

Biologisch abbaubaren Kunststoffen gehört die Zukunft. Doch Wissenschaftler fanden heraus, wie sich solche Vorgänge im Boden durch höhere Temperaturen verändern können: eine weitere negative Folge des Klimawandels.

Abbau eines Biopolymers im Boden

Reste einer Mulchfolie bei Abbauexperimenten unter Bedingungen des Klimawandels. Bild: Purahong / UFZ

Laut Umweltbundesamt (UBA) fielen in Deutschland 6,28 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle an, Stand 2019. Die Zahlen werden alle zwei Jahre erhoben. Zwar lag die Verwertungsquote zuletzt bei 99,4% aller gesammelten Kunststoffabfälle. 2,93 Millionen Tonnen (46,6%) wurden werk- und rohstofflich recycelt. Weitere 3,31 Millionen Tonnen (52,8%) wurden energetisch verwertet, davon 2,15 Millionen Tonnen in Müllverbrennungsanlagen. Doch Nachhaltigkeit sieht anders aus. Lösungen gegen den Klimawandel sehen vor, den Kohlendioxid-Ausstoß drastisch zu verringern. Hinzu kommt, dass ein Teil des Kunststoffmülls in der Umwelt landet und zu Mikroplastik wird – allein in Europa schätzungsweise 3,4 bis 5,7 Millionen Tonnen pro Jahr. Gefahren für die Gesundheit drohen.

Biologisch abbaubarer Kunststoffe gewinnen deshalb an Bedeutung. Viele Hersteller forschen an dem Thema. „Doch trotz ihres positiven Images wissen wir im Grunde noch sehr wenig darüber, wie sie im Boden wirken und wie sie abgebaut werden“, sagt François Buscot. Der Bodenökologe forscht am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Halle-Leipzig. Wie Buscot jetzt zusammen mit Kolleginnen und Kollegen herausgefunden hat, könnte der Klimawandel Abbauprozesse im Boden gefährden und Erträge in der Landwirtschaft verringern.

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Ziel des Forschungsprojekts war, herauszufinden, wie sich verändernden Temperaturen oder Niederschlagsmengen als Folge des Klimawandels auf die Abbaubarkeit von Biopolymeren auswirken. Beeinflussen solche Parameter etwa die Geschwindigkeit, und sind andere Mikroorganismen im Boden beteiligt?

Für solche Fragestellungen steht Forschenden am UFZ die Global Change Experimental Facility zur Verfügung: ein Feldexperiment zur Untersuchung möglicher Folgen des Klimawandels auf verschiedene Landnutzungstypen. Insgesamt stehen 50 Versuchsparzellen mit einer Größe von 16 mal 24 Metern zur Verfügung.

Das Team wollte untersuchen, wie sich biologisch abbaubare Mulchfolien in Böden verhalten. Konventionelle Mulchfolien bestehen aus Polyethylen. Sie gelten als Quelle für Mikroplastik in Böden. Eine nachhaltige Alternative wäre das Biopolymer Polybutylensuccinat-Co-Adipat, kurz PBSA. Auf den Versuchsflächen simulierten die UFZ-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler Klimabedingungen, wie sie für das Jahr 2070 prognostiziert werden. Als Vergleich dienten aktuelle Klimabedingungen.

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Buscots Team erfasste nicht nur den Abbauprozess von Mulchfolien. Per Next Generation Sequencing wurde bestimmt, welche Mikroorganismen sich in der Bodenprobe befanden. Darunter versteht man molekularbiologische Hochdurchsatz-Techniken. Ergebnisse werden mit Gensequenzen aus Bibliotheken verglichen, um sie einer Spezies zuzuordnen.

Nach einem Jahr waren bereits 30% des Biopolymers abgebaut – und zwar vorrangig durch Pilze. Auch weitere Mikroorganismen spielten eine Rolle. Bakterien versorgen Pilze mit Stickstoff. Und Bakterien oder Archaeen eliminieren giftige Abbauprodukte. „Auf und um den Kunststoff herum bildet sich eine intelligente Abbau- und Verwertungsgemeinschaft – und das tatsächlich auch unter den simulierten zukünftigen Klimabedingungen mit ähnlicher Abbaurate“, erzählt Witoon Purahong vom UFZ. Unter Bedingungen des Klimawandels blieben Pilze aktiv; nur die bakterielle Lebensgemeinschaft veränderte sich: eine gute Nachricht. Doch es sollte anders kommen.

Große Mengen an Biopolymeren werden schlechter abgebaut  

Im nächsten Schritt ihres Experiments gingen Forscherinnen und Forscher der Frage nach, was passiert, wenn sich große Mengen an PBSA im Boden befinden und wenn gleichzeitig durch Dünger viel Stickstoff im Boden befindet. Dieses Szenario entspricht eher der Situation, wenn Mulchfolien eingesetzt werden. Unter diesen Bedingungen zur Modellierung des Klimawandels zeigten sich einige Besonderheiten.

Nahm der Gehalt von PBSA in gedüngten Boden um 6,0% zu, verringerte sich die Vielfalt an Pilzarten um 45%. Gleichzeitig begann sich Fusarium solani stark zu vermehren. Dieser Pilz schädigt Pflanzen, speziell Erbsen, Bohnen, Kartoffeln und viele Arten von Kürbisgewächsen. Das kann sich negativ auf die landwirtschaftliche Produktion auswirken.

„Gelangen große Mengen an Kunststoff in die Umwelt, ist das nie gut – auch nicht, wenn es sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff handelt“, lautet das Resümee von Buscot. Am besten sei, den Eintrag ganz zu vermeiden. Doch das sei recht unrealistisch.

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Von Michael van den Heuvel

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