23. 02. 2022
Verfasst von: Florian Bittner

Schonen biobasierte Kunststoffe das Ökosystem Meer?

Ein Taucher schwimmt im Meer zu den stark mit Algen bewachsenen Kunststoffprüfkörpern. — Im tropischen Ozean sind Kunststoff-Proben zur Untersuchung des Abbauverhaltens ausgebracht.

In die Ozeane gelangen jährlich schätzungsweise rund zehn Millionen Tonnen Kunststoffabfälle, die sich nicht abbauen und erhebliche ökologische Probleme hervorrufen. Forschungsteams aus Hannover sehen in biologisch abbaubaren Kunststoffen das Potenzial, umweltschädliche Materialien zu ersetzen. Hierzu analysieren sie das Abbauverhalten biobasierter Kunststoffe unter marinen Bedingungen und optimieren die Messmethoden.

Abbauverhalten von Kunststoffen im Meer

Kunststoffprodukte gelangen aufgrund ihrer allgegenwärtigen Verbreitung und Anwendung, etwa durch Reifenabrieb und Folien in der Landwirtschaft, sowie durch wilde Deponien und Vermüllung zunehmend in die Umwelt. Dort verbleiben sie dann wegen ihrer Langlebigkeit und Beständigkeit für lange Zeit. Insbesondere in den Ozeanen wächst dieses Problem, doch das Wissen über die Abbaukinetik der Kunststoffe in diesem Ökosystem ist noch sehr begrenzt. Neben der Kunststoffart und Bauteilform (kompaktes Bauteil, Schaum, Folie oder Faser) beeinflussen auch Temperatur, Strömung, Gezeiten, Lichteinstrahlung, Sauerstoffverfügbarkeit und mikrobielle Aktivität im Habitat die Abbaukinetik signifikant.

Praxistaugliche abbaubare Produkte entwickeln

Im Verbundprojekt MabiKu wollen Forschende der marinen Vermüllung entgegenwirken, indem sie Material und Eigenschaften biologisch abbaubarer Kunststoffe optimieren und Prüfmethoden verbessern. Hierbei kooperieren das Institut für Kunststoff- und Kreislauftechnik (IKK, Koordination) und das Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Leibniz Universität Hannover mit dem Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover sowie der HYDRA Marine Sciences GmbH. Die Forschenden entwickeln praxistaugliche, aber marin abbaubare Produktdemonstratoren, zum Beispiel Kunststoffbauteile für die Fischerei, die aufgrund ihrer Anwendung unvermeidbar ins Meer gelangen. Hierfür wollen die Forschenden die Abbaumechanismen von Kunststoffen abhängig von den Material- und Umgebungsparametern besser verstehen.

Die Grafik zeigt einen Kunststoffstreifen nach Auslagerung ins Meer mit Algenbewuchs, rauer Oberfläche und Rissen. — Die im Meer ausgelagerten Kunststoffproben analysieren die Forschenden mittels Computertomographie. Damit erkennen sie, wie viel Kunststoff vom Probekörper unter realen Umwelteinflüssen in kleinere Fragmente zerfällt (Desintegration). Sogar unterhalb des biologischen Bewuchses kann diese Methodik den Materialabbau dreidimensional erfassen.

Biologischen Materialabbau realitätsnah messen

In geschlossenen Versuchsaufbauten lässt sich der vollständige Materialabbau im Wasser zu CO₂ unter definierten Laborbedingungen nachweisen. Um aber auch die komplexen realen Bedingungen nachzubilden, sind offene Versuchsstände wie Aquarien-, Tank- oder Feldtests besser geeignet. Hier messen die Forschungsteams praxisnah die Abnahme der Probendicke. Der Zerfall in kleine Mikroplastik-Bruchstücke markiert die erste Stufe des Abbaus, stellt jedoch nicht zwingend den vollständigen biologischen Materialabbau dar. Für die Messung entwickelt das IKK unter anderem eine Computertomographie (CT) gestützte Methodik, die den volumetrischen Kunststoffabbau ebenso wie den Rissanteil und Bewuchs quantitativ bestimmt. Ein großer Vorteil besteht dabei darin, dass Kunststoff gut von biologischem Bewuchs unterschieden werden kann.

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