Forschungs- und Innovationsprojekt
Mikroplastik auf landwirtschaftlichen Flächen in Biogasanlagen und Komposten

verschieden farbige Kunststoffteilchen

Entwicklung einer praxisnahen Methode zur quantitativen Erfassung von Mikroplastik auf landwirtschaftlichen Flächen und Untersuchung von Mikroplastik in Biogasanlagen und Komposten

In den letzten Jahren wurde immer wieder von Kunststoffen in den Meeren berichtet. Man spricht von Bereichen in den Weltmeeren, in denen riesige Mengen an Plastikteilen treiben. Hatte man sich in der Vergangenheit auf die Kunststoffe im Meer konzentriert, so wird sich künftig der Fokus auf das Plastik an Land verschieben. Denn man geht davon aus, dass sich etwa vier- bis fünfmal mehr Mikroplastik auf Land, wie in den Meeren befindet.
Kunststoff weist hervorragende Eigenschaften auf. Er ist leicht, luftundurchlässig, wasserabweisend und vergleichsweise günstig herzustellen. Dies hat ihn zu einem wichtigen und weit verbreiteten Material in der heutigen Zivilisation gemacht. So schützt er Lebensmittel vor Mikroorganismen, hält die Waren frisch und verhindert deren Berühren.
In der Landwirtschaft werden Kunststofffolien z. B. beim Anbau von Gemüse, beim Silieren von Gras usw. verwendet. Oft kommt der Kunststoff aber auch aus Quellen aus denen man ihn nicht vermutet. Aus Kosmetika, aus Komposten, dem Abrieb von Fahrzeugreifen, aus Biogasanlagen und aus den Abwässern der Haushalte gelangen Kunststoffe ebenfalls auf die landwirtschaftlichen Flächen. Doch die Vorteile von Kunststoffen werden zu einer immer größeren Belastung für die Umwelt. Wenn Kunststoffe in Böden oder Gewässer gelangen, können sie kaum von Mikroorganismen abgebaut werden. Sie bleiben einfach erhalten und selbst wenn es aussieht als würden sie sich auflösen, bleiben feine Partikel zurück.

Zielsetzung

Gesucht wird ein Verfahren, mit dem man Mikroplastik in Gärresten, Wirtschaftsdüngern und im Boden finden und quantifizieren kann. Zum einen sind die Masse, Größe, Morphologie und die Anzahl der Teilchen wichtig, zum anderen ist die Art und Zusammensetzung der Polymere von großer Bedeutung für die toxikologische Bewertung.

Definition

"Mikroplastik" bezeichnet unter Standardbedingungen feste Objekte aus thermoplastischen, Elastomeren oder duroplastischen Kunststoffen in der Form von Partikeln und Fasern, die direkt oder indirekt durch menschliches Handeln die Umwelt gelangen und eine Partikelgröße von 5 mm unterschreiten. Diese Partikel können teils so klein sein, dass man sie mit dem menschlichen Auge nicht sehen und erst mit dem Mikroskop erkennen kann.
Größere Teilchen werden "Makroplastik" genannt und sind Teile der anthropogenen Umweltverschmutzung auf der Erde.

Methode

Kompost und Dünger aus Biomüll sind eigentlich die ideale, umweltfreundliche Alternative zu Kunstdünger. Und auch die Verwertung von Biomüll in Biogasanlagen scheint eine ideale Verwertung von Abfällen und Nutzung von Gärresten in der Landwirtschaft zu sein. Doch auch Wirtschaftsdünger und Komposte können große Mengen an Mikroplastik bergen. Biologisch abbaubare Abfälle werden in der Regel getrennt gesammelt und sollten sinnvoll verwertet werden. Aus ihnen entstehen Komposte und Gärrest, die als organischer Dünger genutzt werden oder als Bestandteil in Blumenerde und Pflanzsubstraten Torf ersetzen. Die Bioabfallverwertung kann auch direkt zum Klimaschutz beitragen, wenn das bei der Vergärung entstehende Methan energetisch genutzt wird. So kann methanhaltiges Biogas als erneuerbarer Energieträger einen positiven Beitrag zum Klimaschutz leisten.
mit Mikroplastik verunreinigter Boden
Jedoch gelangen auch neben den Bioabfällen, Kunststoffe, Metall und andere Verunreinigungen in die Bioabfallbehandlungsanlagen. Dort werden diese Stoffe nicht abgebaut, in den Biogasanlagen nicht vergoren und gelangen mit dem Gärrest auf die landwirtschaftlichen Flächen. Für diese Kunststoffeinträge sollen Methoden entwickelt werden, die zu einer Beurteilung der Belastung führen können. Mit Hilfe der Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS) sollen im Sachgebiet AQU 1a (Bioenergie) stoffliche Unterscheidungen und Anteile der Kunststofffracht im Fermenter und Gärrest untersucht werden. Am Ende soll ein Screening stehen, mit dem man einen Überblick über die Belastung von Gärresten in der landwirtschaftlichen Praxis in Bayern erhalten kann.

Gefahrstoffe

Kunststoffe können beispielsweise noch Ausgangskomponenten aus der Herstellung enthalten (z. B. Isocyanat bei der Herstellung von Polyurethan), oder es entstehen unerwünschte Zersetzungsprodukte (z. B. bei Thermoplasten oder Duroplasten). Weichmacher, Stabilisatoren und Treibmittel bestimmen die Eigenschaften der Produkte. Bei diesen Substanzen handelt es sich um Gefahrstoffe welche mehr oder weniger toxisch und umweltgefährdend sind und mit dem Plastik in die Umwelt oder Kläranlagen gelangen.

Analytik

Die Analytik von Mikrokunststoffpartikeln ist momentan noch nicht etabliert. In Wasser kann die Analyse entweder über die Infrarot-Spektroskopie, Fourier-Infrarotspektroskopie oder Ramanspektroskopie erfolgen. Jedoch sind die Untersuchungsverfahren noch nicht ausgereift. Es gibt bisher keinen universellen "Mikroplastik-Analysator" mit dem man alle Mikroplastik-Parameter auf einmal ermitteln kann. Vielmehr muss auf verschiedene Verfahren gesetzt werden, die aufwändig und teuer sind.
Sehr häufig wird Komposterde und Böden aber noch immer manuell mit Mikroskop und Pinzette abgesucht, um solche Kunststoffpartikel zu finden (so auch in der LfL). Eine Harmonisierung oder einheitliche Verfahrensweise für die Untersuchung von Mikroplastik ist noch nicht etabliert.
Projektinformation
Projektleitung: Günter Henkelmann, Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen (AQU 1), Analytik der Rohstoffqualität pflanzlicher Produkte und Bioenergie, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL)
Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2021 (3 Jahre)
Fördernummer: G2/KS/18/03
Fördernde Institution: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)