Aus der Forschung 20.12.2021, 07:00 Uhr

Mikroplastik: Neue Gefahren – neue Vermeidungsstrategien

Neben gasförmigen Schadstoffen gelten kleine Kunststoffpartikel als eine der wichtigsten Bedrohungen für die Umwelt. Wissenschaftler finden weitere Quellen und erklären, warum es Unterschiede bei der Toxizität gibt.

Mikroplastik

Kunststoffabfälle in Gewässern werden zu Mikroplastik, einer weltweiten Gefahr. Was hat sich in der Forschung getan?

Foto: panthermedia.net/DragonImages

In Deutschland setzen Verbraucher pro Jahr und pro Kopf rund vier Kilogramm Mikroplastik frei. Das entspricht bundesweit etwa 330.000 Tonnen pro Jahr. Kleine Kunststoffpartikel verteilen sich in der Luft, im Trinkwasser oder in Nahrungsmitteln. Sie lassen sich aus der Umwelt kaum noch entfernen. Umso wichtiger ist, den Eintrag zu vermindern und zu bewerten, welche toxischen Eigenschaften Mikroplastik hat. Neue Erkenntnisse kommen aus der Forschung.

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Mikroplastik: Eintrag aus Kunststoffrohren 

Auf der Suche nach weiteren Quellen für Mikroplastik sind Forschende am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT fündig geworden. Sie konnten abschätzen, welche Menge Mikroplastik über Abwasserrohre aus Kunststoff freigesetzt wird. Dazu haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler recherchiert, mit welchen Messverfahren sich der Abrieb bestimmen lässt. Dann folgten Literaturrecherchen, um Längen, Durchmesser und der Abriebtiefen zu ermitteln. In den Kanälen herrschen aggressive Bedingungen durch Feuchtigkeit, Strömung und Abrasivstoffe, was die Bildung kleinster Teilchen begünstigt. Die Abschätzung zeigte, dass pro Jahr etwa 120 Tonnen Mikroplastik entstehen. Kläranlagen halten laut der Studie etwa 62% des Eintrags zurück. Damit werden immer noch 120 Tonnen Mikroplastik pro Jahr in die Umwelt: ein nicht zu vernachlässigender Faktor.

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Toxikologische Bewertung von Mikroplastik  

Dennoch blieb bislang als Frage, wie Mikroplastik-Partikel toxikologisch zu bewerten sind. Wissenschaftliche Untersuchungen lieferten teils stark abweichende Resultate. Wie kann das sein? Forschende der Universität Bayreuth fanden eine Erklärung. „Unsere Befunde enthalten klare Hinweise darauf, dass die in Wirkungsstudien derzeit gern verwendeten Polystyrol-Mikropartikel bisher nur schlecht charakterisiert sind“, sagt Anja Ramsperger, eine der Erstautorinnen der neuen Studie. „Weil hochrelevante Unterschiede unentdeckt blieben, haben widersprüchliche Ergebnisse, die unter vermeintlich gleichen Bedingungen erzielt wurden, der Forschung Rätsel aufgegeben.“

Die Erklärung: Polystyrol-Partikel aus unterschiedlichen Quellen enthalten verschieden große Mengen an Monomeren. Diese Einzelbausteine bilden langkettige Kunststoffmoleküle. Bleiben größere Mengen unverändert zurück, führt dies zu deutlich stärkeren Schäden auf Zellen oder Organismen als bei Kunststoffen mit sehr niedrigem Gehalt an Monomeren. Weitere Unterschiede betreffen Oberflächenstrukturen und elektrische Ladungen. Höhere Potenziale führten zu einer stärkeren Wechselwirkung mit biologischen Strukturen. In Zellen dringen mehr kleine Teilchen ein, was zu stärkeren Schäden führt.

„Erst wenn wir die chemische Zusammensetzung und die Oberflächeneigenschaften der dabei verwendeten Partikel im Detail kennen, lassen sich diese Studien wissenschaftlich vergleichen“, so Ramsperger. „Nur auf dieser Basis wird es möglich sein, die Eigenschaften zu entschlüsseln, die bestimmte Arten von Mikroplastik für die Umwelt und den Menschen potenziell gefährlich machen.“

Wie wird Mikroplastik in der Umwelt gespeichert? 

Noch ein Blick in die Umwelt selbst. Mikroplastik landet über Flüsse im Meer. Lange Zeit haben sich Forschende vor allem auf das arktische Eis, auf Sedimente in küstennahen Bereichen und auf die Tiefsee konzentriert. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen zeigen jetzt, dass die Rolle von Meereslebewesen bislang zu wenig beachtet worden ist.

Sie haben viel Korallenarten, die häufig in Riffen vorkommen, experimentell untersucht. Geweihkorallen, Pfötchenkorallen, kleinpolypige Steinkorallen und blaue Korallen wurden in Meerwasser-Aquarien 18 Monate lang Mikroplastik-Partikeln ausgesetzt und danach untersucht. Die Überraschung: Korallen bis zu 84 Mikroplastikpartikel pro Kubikzentimeter in ihre Körper ein – vor allem im Skelett, aber auch im Gewebe. Die Forschenden vermuten, dass bei der Aufnahme von Plankton, der Nahrungsquelle von Korallen, auch Mikroplastik in den Organismus gelangt. Zwar werden unverdauliche Partikel meist wieder ausgeschieden. Warum kleine Kunststoffteilchen den Körper nicht wieder verlassen, ist unklar.

Auf den ersten Blick scheinen Ökosysteme von dem Mechanismus zu profitieren, doch der Schein trügt. Nach der Aufnahme von Mikroplastik wachsen Korallen schlechter. Sie werden auch anfälliger für verschiedene Krankheiten wie die Korallenbleiche oder Nekrosen entwickeln. Im schlimmsten Fall geht ein ganzes Riff zugrunde. Auch diese Daten zeigen, wie wichtig es ist, den Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt zu vermindern.

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Von Michael van den Heuvel