Übrig bleibt CO2 13.10.2022, 07:00 Uhr

Neue Erkenntnisse: So wird Plastik tatsächlich biologisch abgebaut

Eine Forschergruppe der ETH Zürich hat ein Verfahren entwickelt, das genau Auskunft darüber gibt, ob und in welchem Umfang Kunststoffe biologisch abbaubar sind und wie viel von ihnen in den Böden danach noch nachweisbar ist. Ein Fortschritt vor allem für die Landwirtschaft.

landwirtschaftliche Fläche, auf der Erdbeeren angebaut werden – mit Mulchfolien

In der Landwirtschaft sind Mulchfolien ein gern eingesetztes Mittel. Nicht alle sind biologisch abbaubar.

Foto: panthermedia.net/SOE10

Plastik in den Böden ist und bleibt ein Problem. Denn es gibt kaum Kunststoffe, die sich über die Jahre vollständig abbauen. Ein Rest bleibt also im Boden. Gerade bei landwirtschaftlich genutzten Flächen stellt das zunehmend ein Problem dar. Denn die moderne Landwirtschaft kommt ohne Plastik nicht zurecht. Sie setzen vor allem sogenannte Mulchfolien ein, mit dem der Ackerboden abgedeckt wird. Sie verhindern das Austrocknen der Pflanzen und fördern das Wachstum. Darüber hinaus behindern sie das Unkraut dabei, sich auszubreiten.

Im Kreislauf denken und Kunststoffe nachhaltig nutzen

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Patentingenieur (m/w/d) der Fachrichtung Physik und/oder Elektrotechnik mit der Möglichkeit zur Ausbildung zum "European Patent Attorney (m/w/d/)" Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Flugsicherungsingenieur (w/m/d) DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
VAHLE-Firmenlogo
Ingenieur Automatisierungs- und Steuerungstechnik (m/w/d) VAHLE
Kamen, Großraum Dortmund Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Europäischer Patentanwalt (m/w/d) der Fachrichtung Physik, Informatik, Elektrotechnik oder Nachrichtentechnik Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Patentanwalt oder European Patent Attorney (m/w/d) mit technischem Schwerpunkt Life Science / Biotechnologie / Biochemie Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
THERMO-SYSTEM Industrie- & Trocknungstechnik GmbH-Firmenlogo
Verfahrenstechniker:in / Vertriebsingenieur:in THERMO-SYSTEM Industrie- & Trocknungstechnik GmbH
Esslingen am Neckar Zum Job 
PNE AG-Firmenlogo
Senior Einkäufer Windenergieanlagen (m/w/d) PNE AG
Husum, Cuxhaven, Hamburg Zum Job 
Dorsch Gruppe-Firmenlogo
(Senior) Projektingenieur (m/w/d) für HKLS technische Gebäudeausrüstung Dorsch Gruppe
Wiesbaden Zum Job 
Siléane über STRATEGY & ACTION International GmbH-Firmenlogo
Sales Manager DACH (m/w/d) Sondermaschinenbau - Robotertechnik, Optik und künstliche Intelligenz für die Industrie Siléane über STRATEGY & ACTION International GmbH
Home-Office Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieurin / Ingenieur konstruktiver Ingenieurbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Landkreis Esslingen-Firmenlogo
Mitarbeiter (m/w/d) Elektro- und Gebäudetechnik beim Amt für Kreisimmobilien und Hochbau für das Sachgebiet Allgemeiner Bau Landkreis Esslingen
Plochingen Zum Job 
ARVOS GmbH SCHMIDTSCHE SCHACK-Firmenlogo
Sales and Tendering Engineer (m/f/d) ARVOS GmbH SCHMIDTSCHE SCHACK
Düsseldorf Zum Job 
Albert Handtmann Metallgusswerk GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Simulationsingenieur (m/w/d) Strukturmechanik Automotive Albert Handtmann Metallgusswerk GmbH & Co. KG
Biberach Zum Job 
Stadtwerke Lübeck-Firmenlogo
Ingenieur:in Prozessdatentechnik Stadtwerke Lübeck
Lübeck Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Planer:in / Projektbetreuer:in Netze (w/m/d) - gerne auch Berufseinsteiger:in Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Bautechniker:in Planung (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Fachexpert:in Netze (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Osnabrück Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Bauwerksprüfung Die Autobahn GmbH des Bundes
Osnabrück Zum Job 

Diese Folien wieder einzusammeln, ist nicht nur aufwendig und teuer, sondern auch nahezu unmöglich. Denn sobald die Folien eine Weile auf den Flächen liegen, werden sie porös und reißen bei dem Versuch, sie aufzunehmen. Die Folge: Es bleibt immer etwas von dem Polyethylen (PE) zurück. Nun gibt es inzwischen biologisch abbaubare Mulchfolien als Alternative. Sie hinterlassen keine Polymerbestandteile in der Umwelt. Diese biologisch abbaubaren Polymere können Mikroorganismen, wie es sie im Boden gibt, nutzen. Daraus gewinnen sie Energie und bauen Zellmasse auf. Zusätzlich haben sie immer sogenannte chemische Sollbruchstellen innerhalb ihrer Struktur. Mikroorganismen setzen genau an diesen Stellen an und können die Polymere aufspalten. So bleibt am Ende nur CO2 übrig, das von den Mikroorganismen ausgeamtet wird und wieder in die Umwelt gelangt.

Forschende markieren Plastik, um biologischen Abbau nachzuverfolgen

Bislang war es nicht möglich, diesen Prozess des Abbaus komplett nachzuweisen und zu erfassen. Das ist aber relevant, da der biologische Abbau nur dann zertifiziert wird, wenn in einer festgelegten Zeit eine Mindestmenge des Polymerkohlenstoffs in CO2 umgewandelt wird. Bei Mulchfolien gilt: mindestens 90% des Mulchfolien-Kohlenstoffs müssen innerhalb von zwei Jahren zu CO2 mineralisiert worden sein. Eine Forschergruppe Umweltchemie der ETH Zürich ist nun genau das gelungen. Unterstützung erhielten sie dabei von Forschenden der Erdwissenschaften, der Eawag sowie des Chemiekonzerns BASF. Um den abbaubaren Kunststoff verfolgen zu können, markierten sie Polymere mit stabilen Kohlenstoff-Isotopen (13C-).

Die Markierung der stabilen Kohlenstoff-Isotope hat sich als zweckmäßig erwiesen. Es gibt aber auch noch ein Manko: Zwar lässt sich das CO2 in seiner Menge messen, nicht jedoch die des im Boden verbleibenden Polymerkohlenstoffs. Auch ließ sich nicht nachvollziehen, ob er in seiner Form weiter besteht oder Mikroorganismen ihn in ihre Biomasse aufnehmen. Auch darauf fand die Forschergruppe eine Antwort.

So viel biologisch abbaubares Plastik bleibt tatsächlich im Boden

Sie testeten 13C markiertes Polybutylensuccinat (PBS), das auch in Mulchfolien vorkommt. Die Forschenden konnten nicht nur die Mineralisierung zu 13CO2 bestimmen, sondern auch Massebilanzen für den PBS-Kohlenstoff erstellen. Das gelang ihnen, da sie die Restmenge des aus dem PBS stammenden 13C im Boden bestimmten. Die Forschenden fanden heraus, dass etwa zwei Drittel des Polymer-Kohlenstoffs im Boden zu finden ist – und zwar über sehr lange Inkubationszeiten. Ein weiterer Test sollte die Antwort auf die Frage liefern, in welcher Form der durch PBS zugesetzte Kohlenstoff im Boden bleibt, also wie viel die mikrobielle Biomasse aufnimmt und wie viel danach noch übrig ist. Dafür extrahierten und bestimmten die Forschenden das restliche PBS aus dem Boden. Das Ergebnis: Der meiste Kohlenstoff fand sich als PBS und 7% des zugegebenen PBS-Kohlenstoffs in der mikrobiellen Biomasse.

„Wir können nun systematisch prüfen, welche Bodenbedingungen und Polymereigenschaften einen vollständigen biologischen Abbau der Polymere zu CO2 und zu mikrobieller Biomasse ermöglichen – und wir können Faktoren bewerten, die den biologischen Abbau der Polymere im Laufe der Zeit möglicherweise verlangsamen“, sagt Michael Sander, ETH-Professor in der Gruppe Umweltchemie. Trotz der bahnbrechenden Ergebnisse forscht die Gruppe weiter. Ihr neuer Ansatz beschäftigt sich mit dem biologischen Abbau von weiteren Polymeren in verschiedenen landwirtschaftlichen Böden, auch im Freiland. „Damit wollen wir sicherstellen, dass bioabbaubare Polymere ihren Namen verdienen und nicht in der Umwelt zurückbleiben“, erläutert Kristopher McNeill, Professor für Umweltchemie der ETH Zürich.

Mehr zum Thema Plastik in der Umwelt:

Ein Beitrag von:

  • Nina Draese

    Nina Draese hat unter anderem für die dpa gearbeitet, die Presseabteilung von BMW, für die Autozeitung und den MAV-Verlag. Sie ist selbstständige Journalistin und gehört zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themen: Automobil, Energie, Klima, KI, Technik, Umwelt.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.