Plastikmüll Mikroplastik in marinen Proben wirksam untersuchen

Um eine Vorstellung von Art und Ausmaß der Belastung der Umwelt mit Plastikmüll insbesondere der Belastung mit Mikroplastik zu bekommen, soll die Wissenschaft helfen, Fakten zu schaffen. Die Pyrolyse-GC/MS könnte bei der Charakterisierung bedenklicher Mikroplastikpartikel hilfreich sein.

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Während des International Coastal Cleanup 2013 [1] trugen 648 015 Freiwillige entlang einer Strecke von rund 20 783 Kilometer Meeresküste mehr als 5500 t Müll zusammen. Die Top zehn der meistgefunden Abfälle: Zigarettenkippen (913 t), Bonbonpapiere (794 t), Plastikflaschen (426 t), Plastikdeckel (385 t), (Plastik)trinkhalme (252 t), supermarktübliche Plastiktüten (200 t), Glasflaschen (179 t), andere Plastikbeutel und -säcke (176 t), Papiertüten (167 t) und Getränkedosen (154 t). Die ermittelten Werte lassen zwar keine objektiven Rückschlüsse zu, wie viel Müll Jahr für Jahr ins Meer gelangt. Allerdings lassen sie Schlimmes erahnen, geht man von der sprichwörtlichen Spitze des Eisberges aus. Treffend hingegen die Annahme: Plastik-rückstände zählen zu den Hauptumweltbelastungen. Dieser Meinung sind nicht allein Umweltverbände.

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Auch die Kunststoffindustrie sieht Handlungsbedarf, ebenso die Politik. National und international wird inzwischen auf unterschiedlichen Ebenen mobil gemacht, angefangen bei der Forderung nach einem verantwortlichen Umgang mit polymeren Rohstoffen und Produkten bis hin zur Entwicklung wirksamer Entsorgungs- und Wiederverwertungskonzepte. Maßnahmen und Projekte wurden ins Leben gerufen, mit denen man dem Problem zu Leibe rücken will [2-4, 14, 15]; und mittlerweile richtet sich der Fokus auch auf Binnengewässer wie Flüsse und Seen, die ebenfalls massiv betroffen zu sein scheinen [5-8, 16]. Will man allerdings langfristig erfolgreich sein, braucht es tragfähiger Strategien, die sich auf verlässliche Zahlen stützen. Denn bislang weiß man einfach noch zu wenig über Transportwege, Veränderungsprozesse, Auswirkungen und Verbleib von Kunststoffrückständen in der Umwelt. Ein besonderes Augenmerk richtet die wissenschaftliche Forschung dabei auf Mikroplastikpartikel [5-11].

Das Problem mit den kleinsten Teilen

Polymere sind überaus robuste Gebilde, die zwar Angriffsfläche bieten für energiereiches Sonnenlicht sowie chemische und mechanische Einflüsse, sich jedoch, abhängig von ihrer chemischen Struktur, mit wenigen Ausnahmen, nie in Gänze auflösen und vollends von der Bildfläche verschwinden. Irgendwann zerbröselt ein Kunststoff in immer kleinere, feinere Partikel und richtet Schaden an.

Mikroplastikpartikel werden aufgrund ihrer geringen Größe von nur wenigen Mikrometern bis Millimetern und ihrer oftmals unregelmäßigen Form und Farbe von im Wasser lebenden Organismen und Seevögeln mit Nahrung verwechselt und gefressen. Über einen Zusammenhang mit dem Tod dieser Tiere und Organismen wurde immer wieder spekuliert. In jedem Fall aber enthalten Mikroplastikpartikel gesundheitsschädliche Additive und sie können Pestizide, Schwermetalle oder andere Toxine aus der Umwelt anreichern. Mikroplastik kann damit auch für uns Menschen, die wir am Ende der Nahrungskette stehen, gefährlich werden, wenn kontaminierte Meeresfrüchte auf unseren Tellern landen. Gemäß der Marine Strategy Framework Directive (MSFD) [12] der Europäischen Kommission, die auf einen effektiven Schutz des Meeresraumes fokussiert, sind Art und Zusammensetzung von Mikroteilchen, insbesondere von Mikroplastikpartikeln, in der marinen Umwelt zu charakterisieren.

Dies zu tun hatten sich Wissenschaftler von der Universität Osnabrück und Darmstadt auf die Fahne geschrieben: Im Rahmen mehrerer Studien [10] untersuchten Elke Fries et al. marine Mikroplastikpartikel, die sie aus Sandproben, genommen an mehreren Stellen eines nördlich gelegenen Strandabschnitts der ostfriesischen Insel Norderney, extrahierten. Zur Bestimmung von Kunststoffart und enthaltenen organischen Additiven setzen sie – nach eigenen Angaben als erste Wissenschaftler überhaupt – im beschriebenen Kontext erfolgreich die Pyrolyse mit anschließender Gaschromatographie und massenspektrometrischer Detektion (GC/MS) ein [10] (siehe auch [11, 12]).

Wie Fries et al. schreiben, dienen vor allem spektroskopische Verfahren der Aufklärung von Struktur und Zusammensetzung sowie zur Identifizierung von Kunststoffen. Für die Bestimmung organischer Additive in Kunststoffmatrices bediene man sich häufig der superkritischen Flüssigextraktion oder der Soxhlet-Extraktion bzw. thermoanalytischer Techniken für Polymere, die sich nur begrenzt oder schlecht lösen, extrahieren oder hydrolysieren lassen.

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