Mikroplastik

Heutzutage ist es überall zu finden: Mikroplastik. Es wird insbesondere durch die Luft und durchs Wasser in die entlegensten Winkel der Erde transportiert. Da Mikroplastik mit konventionellen Filtrationsverfahren in Kläranlagen nicht vollständig zurückgehalten wird, ist es mittlerweile fast überall nachgewiesen: In landwirtschaftlich genutzten Böden, in Klärschlämmen, in Meeres- und Flusswässern, in der Atmosphäre, im Schnee, in arktischem Eis und der Tiefsee.

Was ist eigentlich Mikroplastik?

Als Mikroplastik werden Kunststoffkleinstteilchen im Größenbereich zwischen 5mm und 1µm bezeichnet. Kleinere Partikel werden folglich als Nanoplastik und größere als Makroplastik deklariert [1, 2]. Dabei kann ihre Gestalt von sphärischen über zylindrischen zu Partikeln willkürlicher Geometrie variieren [3].

Mikroplastik, aber auch Nanoplastik, ist durch seine geringe Dichte und Größe sehr leicht in Form von Stäuben luftgängig und in Flüssigkeiten, wie Wasser, heterogen als Suspension „lösbar“. „Lösbar“ bedeutet an dieser Stelle nicht, dass sich der Kunststoff in der Flüssigkeit auflöst, wie es beim chemischen Rezyklieren der Fall ist. Hier ist die Bildung einer Suspension, also eines Feststoff-Flüssigkeitsgemisches, gemeint. Partikel in dieser heterogenen Suspension fallen zum Beispiel via Sedimentation aus oder liegen als Schwebstoffe in der Lösung vor. Mikroplastik und Nanoplastik weisen viele Gemeinsamkeiten auf, der Einfachheit wird im Weiteren wird jedoch nur noch auf Mikroplastik eingegangen.

Mikroplastik lässt sich generell in primäres und sekundäres Mikroplastik einteilen. Eine Ursprungsbestimmung im Späteren ist jedoch nicht trivial, da viele der Teilchen optisch nicht unterscheidbar sind und sich die Herkunft meist nur über chemische oder physikalische Analysen ermitteln lässt.

Primäres Mikroplastik

Als primäres Mikroplastik werden Kunststoffteilchen bezeichnet, welche direkt produziert werden und nicht erst durch äußere Einflüsse degenerieren [4]. Primäres Mikroplastik wird in der Industrie als Scheuer- oder Poliermaterial eingesetzt, findet aber auch Verwendung in Farben und Lacken sowie im Consumermarket in zum Beispiel Kosmetika oder Drogerieprodukten [4]. Auch in reflektierenden Straßenmarkierungen oder Aufdrucken auf Kleidung wird es eingesetzt [4, 5].

Eine weitere Gruppe, die als Form des primären Mikroplastiks gesehen werden kann, ist das „flüssige“ beziehungsweise quellbare Mikroplastik, welches in wasserlöslichen Folien genutzt wird. Diese Gruppe wird auch als Water soluble synthetic polymers (WSSP) bezeichnet. Zu bekannten Vertretern gehören unter anderem Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenglykol (PEG) oder Polyethylenoxide (PEO). Ob diese Kunststoffe zu Mikroplastik zählen sollten, wird auf Grund ihrer adsorbierenden und gelbildenden Eigenschaften kritisch diskutiert. Da jedoch auch die WSSP einen negativen Effekt auf lebende Organismen haben [6], werden sie hier aufgeführt. Für hydrophile und hygroskopische Kunststoffe, wie PVA, ist Wasser ein sehr gutes Lösungsmittel. Es kann einfach in die polymere Struktur diffundieren, so dessen Zugfestigkeit senken und die Struktur des Polymers schwächen [7, 8]. Dieses Verhalten wird als Quellen des Kunststoffes bezeichnet und sorgt für das Zerfallen des Polymers in kleinere Teile [7, 8]. In der Regel werden diese Polymere nicht in deren monomere Untereinheiten degeneriert, wie die Benennung als „wasserlöslich“ oder Vermarktung als „Auflösung in Wasser“ vermuten lässt. Auch wasserlösliche Kunststoffe bilden kolloidale, mikroskopisch kleine Partikel, welche einen gelartige Konsistenz aufweisen [7, 8] und vom Organismus absorbiert werden können [6]. Eine Besonderheit bilden biologisch abbaubare Kunststoffe, welche zum Beispiel dem Standard OECD 301B entsprechen. Diese Kunststoffe sind unter aeroben Bedingungen im Wasser von Mikroorganismen in ihre Bestandteile abbaubar, so dass Produkte aus biologisch abbaubaren Kunststoffen nicht zu Mikroplastik degradieren.

Sekundäres Mikroplastik

Im Vergleich zu primärem Mikroplastik wird sekundäres Mikroplastik nicht industriell hergestellt, denn es ist ein Abfall- und Zersetzungsprodukt: Wenn Produkte oder größere Teile durch äußere physikalische oder chemische Einflüsse degenerieren, entsteht dadurch Mikroplastik [4]. Zu sekundärem Mikroplastik zählen mechanischen Abriebe von Reifen oder Bremsvorgängen sowie ausgewaschene Fasern von Textilkleidung oder Kunststoff-Kochgeschirr. Darüber hinaus entsteht sekundäres Mikroplastik bei der chemischen und photochemischen Zersetzung von Makroplastik in der Umwelt [2, 9]. Es gibt verschiedene Mechanismen, die dazu führen, dass sekundäres Mikroplastik entsteht:

Auswirkungen von Mikroplastik auf Organismen

Mikroplastik (ob primär, sekundär oder gelartig [6]), ist ein akutes allgegenwärtiges Risiko – nicht nur für die Umwelt, sondern auch für Tiere und Menschen. Laut Weltgesundheitsorganisation WHO hat Mikroplastik Auswirkungen auf das Verdauungs-, Atemwegs-, Herzkreislauf- und Fortpflanzungssystem, auf Nieren, Leber und Schilddrüse. Da es weder chemisch in Wasser gelöst, noch biologisch abgebaut werden kann (außer von speziellen Bakterien oder Pilzarten), verweilt Mikroplastik sehr lange im Kreislauf und lagert sich im Laufe der Zeit in und um Zellen sowie an zellulären Bestandteilen an. Dies ist besonders kritisch, wenn sich am Kunststoff angelagerte Toxine und Erreger oder schädliche Additive herauslösen und so zu Entzündungen führen. Die Datenlage ist zwar noch gering, doch einige Erkenntnisse sind bereits gesichert:

Gerade aquatisches Mikroplastik gelangt durch die Aufnahme in den Körper von Tieren und durch die Nahrungskette ebenfalls in den Menschen. Deshalb konnte es unter anderem im menschlichen Blutkreislauf nachgewiesen werden [10]. Beispielsweise wurden steigende Konzentration von Mikroplastik und Nanoplastik im menschlichen Gehirn beobachtet [11]. Durch die geringe Größe der Partikel können diese in Zellen eindringen und dort den Metabolismus stören. Darüber hinaus kann es im intra- oder extrazellulären Raum zu Agglomeraten kommen. Diese Faktoren können zu einer Veränderung der Chromosomen und somit zur Unfruchtbarkeit oder Tumoren führen [12, 13]. Des Weiteren können Neurotoxizität, oxidativer Stress oder metabolische Dysfunktionen vor allem im Gastrointestinaltrakt, der Leber und den Nieren auftreten [13]. Darüber hinaus können auch Pathogene auf der Oberfläche adhärieren, Toxine und andere Chemikalien in den Partikeln absorbieren oder zugesetzte Additive Nebenwirkungen hervorrufen [1, 13, 14].