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Mikroskopische Gummirückstände identifizieren Abrieb analytisch im Griff

| Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Mikroplastik wird in nicht unerheblichem Ausmaß durch den Abrieb von Autoreifen verursacht. Eine neue Analysenmethode erlaubt nun die simultane Bestimmung und Identifizierung thermoplastischer und elastomerer Mikropartikel.

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Abb.1: Reifenabrieb stellt laut aktuellen Studien fast ein Drittel des in Gewässern gefundenen Mikroplastiks.
Abb.1: Reifenabrieb stellt laut aktuellen Studien fast ein Drittel des in Gewässern gefundenen Mikroplastiks.
(Bild: ©Mario Hoesel – stock.adobe.com)

Wenn über die Belastung der Umwelt mit Mikroplastik gesprochen wird, richtet sich der Fokus meist auf thermoplastische Kunststoffe. In der Tat finden sich unter den polymeren Fundstücken insbesondere in aquatischen Ökosystemen vor allem Partikel aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS), die mengenmäßig am meisten produzierten Kunststoffe weltweit. In jüngerer Vergangenheit, und zwar auch im Zuge der Diskussion über die Feinstaubbelastung der Luft, sind zunehmend auch Elastomere, umgangssprachlich als Gummi bezeichnet, ins Blickfeld der öffentlichen Aufmerksamkeit geraten. Mit Fug und Recht, wie Dr. Ulrike Braun von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) sowie Kolleginnen und Kollegen von den technischen Universitäten in Berlin und Chemnitz meinen, denn bei schätzungsweise 60 Prozent der in die Umwelt eingetragenen polymeren Mikropartikeln handelt es sich um Gummirückstände, und die lassen sich in erster Linie dem Abrieb von Autoreifen zuschreiben. Laut Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) entfallen allein von 112 000 Tonnen Reifenabrieb allein in Deutschland (Stand 2010) 43 000 Tonnen auf Gummi- bzw. Polymeranteile [1]. Hierbei handelt es sich, bei genauer Betrachtung, um einen Schätzwert aus Verschleißdaten; bislang mangelt es an geeigneten und schnellen Methoden und Techniken, mit denen es gelingt, sichere und umfangreiche Angaben über die Art und Weise des Gummieintrags in die Umwelt zu machen. Im Zuge einer institutsübergreifenden Zusammenarbeit haben die Mitarbeiter von Brauns Team, Paul Eisentraut und Dr. Erik Dümichen, nun eine Analysenmethode entwickelt, mit der es laut den Wissenschaftlern erstmals möglich ist, elastomere Reifenpartikel in Umweltproben zu identifizieren, und zwar zeitgleich mit der Bestimmung thermoplastischer Mikroplastikpartikel [2].

Grenzen spektroskopischer Methoden

Die Bestimmung von Mikroplastik erfolgt weitverbreitet vor allem mittels Raman- oder Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR). Beide mikroskopische Methoden nutzen ein stoffspezifisches Absorptionsmuster von eingestrahltem Infrarot- respektive Laserlicht, mit dem sich Auskunft über Art, Form und Größe eines Kunststoffpartikels erhalten lässt. „Spektroskopische Verfahren bieten eine große Fülle an Informationen über eine Materialprobe, sind aber meist sehr arbeits- und zeitintensiv – insbesondere in puncto Probenvorbereitung, womit in der Regel ein hoher Probendurchsatz ausgeschlossen ist“, sagt Dr. Ulrike Braun. Der Zeitaufwand, den die Analyse einer Probe erfordere, konstatiert die Wissenschaftlerin, stelle einen erheblichen Nachteil spektroskopischer Methoden dar. Zudem sei es schwierig, Massengehalte anzugeben, wie sie von Regulierungsbehörden gewünscht oder gefordert werden. Hinsichtlich der Bestimmung von Reifenabrieb ergeben sich weitere Herausforderungen, die mit den im Elastomer enthaltenen Füllstoffen, namentlich vor allem Ruß, zusammenhängen und die sich mittels FTIR oder Raman-Spektroskopie nicht lösen lassen.