Ein neuartiger Ansatz zur Entfernung von Mikroplastik aus Wasser

Eine neue Studie unter der Leitung von Texas A&M AgriLife Research hat einen möglicherweise neuartigen biologischen Ansatz zur Entfernung extrem kleiner und potenziell gefährlicher Plastikpartikel aus Wasser identifiziert.

Die Studie mit dem Titel „Mikroplastikentfernung in der aquatischen Umwelt durch Pilzpelletisierung“ wurde von Dr. Huaimin Wang geleitet, einem Postdoktoranden in der Abteilung für Pflanzenpathologie und Mikrobiologie des Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences. Zu den Mitarbeitern gehörten Dr. Susie Dai, eine außerordentliche Professorin der Abteilung, und ein Forscherteam.

Auch die Northern Research Station des US-Landwirtschaftsministeriums beteiligte sich an der Studie, die online in der Septemberausgabe von zu finden ist Berichte zur Bioressourcentechnologie.

„Obwohl die Pelletierung von Pilzen im letzten Jahrzehnt zur Algenernte und Abwasserbehandlung untersucht wurde, wurde sie nach unserem besten Wissen noch nicht zur Entfernung von Mikroplastik aus einer wässrigen Umgebung eingesetzt“, sagte Dai. „Diese Studie untersucht ihren Einsatz für diesen Zweck.“

Mikroplastik in der Umwelt

Mikroplastik, winzige Kunststoffpartikel, die bei der kommerziellen Produktentwicklung und dem Abbau größerer Kunststoffe entstehen, haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer potenziellen Schädigung des Ökosystems zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen. Angesichts des kontinuierlichen Anstiegs der weltweiten Kunststoffproduktion stellt die Verschmutzung durch diese aus synthetischen Polymeren gewonnene Gruppe hartnäckiger Abfallschadstoffe eine erhebliche Umweltherausforderung dar.

Während die gesundheitlichen Risiken, die Mikroplastik im Submikrometerbereich für den Menschen mit sich bringt, noch nicht vollständig geklärt sind, gehen die Forscher im Allgemeinen davon aus, dass das Gesamtrisiko von Mikroplastik im Submikrometerbereich – Mikroplastik, das in einer bestimmten Messung kleiner als ein Mikrometer ist – höher ist als das von größeren Kunststoffen. Sie vermuten, dass dies zu einem großen Teil auf ihr größeres Potenzial für den Transport über große Entfernungen und ihre Fähigkeit, leichter in die Zellen lebender Organismen einzudringen, zurückzuführen ist.

„Frühere Studien haben gezeigt, dass Mikroplastik im Submikrometerbereich leicht beträchtliche Entfernungen in der Umwelt zurücklegen und dabei in die Wurzelzellwände von Pflanzen eindringen kann“, sagte Wang. „Es wurde sogar gezeigt, dass sie in Fruchtkörper von Pflanzen und in die menschliche Plazenta transportiert wurden.“

Neben Mikroplastik, das durch direkte menschliche Aktivitäten wie Kosmetik- und Industrieproduktion entsteht, kann auch Nanoplastik – synthetische Polymerpartikel mit einem Durchmesser von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer – durch Fragmentierung oder Abbau größerer Kunststoffe entstehen.

Über die Studie

Ein erheblicher Teil des durch menschliche Aktivitäten erzeugten Mikroplastiks landet in Abwasser- und Kläranlagen. Während diese Pflanzen die überwiegende Mehrheit davon entfernen können, werden viele der Submikrometerpartikel ungefiltert.

„Das nach der Belebtschlammbehandlung entfernte Mikroplastik und Nanoplastik kann durch zusätzliche konventionelle Methoden wie Koagulation, Scheibenfilter und Membranfiltration weiter entfernt werden“, sagte Dai. „Aber angereichertes Mikroplastik stellt immer noch eine Herausforderung für die Abfallentsorgung dar.“

Bedauerlicherweise, sagte sie, seien einige Entsorgungsmethoden wie die Deponierung oder die Verbrennung nicht umweltfreundlich, um diese wieder in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf einzuführen.

Für die Studie wurden drei Pilzstammkandidaten aufgrund ihrer Wachstumsgeschwindigkeit, des Farbstoffabbaus, der Sporenproduktion und der Pelletbildung ausgewählt. Bei zwei handelte es sich um neu isolierte Weißfäulepilzstämme.

Die Studie lieferte ermutigende Ergebnisse zur Entfernung von Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Mikroplastik und Nanoplastik – im Bereich von 200 Nanometern bis 5 Mikrometern in der aquatischen Umwelt – mithilfe dieser isolierten Pilzstämme.

„Diese Arten von Mikroplastik und Nanoplastik gehören zu den häufigsten“, sagte Dai.

Die drei Stämme zeigten eine hohe Mikroplastik-Entfernungsrate und eine potenzielle Mikroplastik-Assimilation.

„Das Mikroplastik heftet sich an die Oberfläche der Pilzbiomasse, was es einfacher macht, es als Teil des Pellets aus dem Wasser zu entfernen“, sagte Dai.

Wang sagte, aufgrund der einzigartigen Fähigkeit der ausgewählten Weißfäule-Pilzstämme, Pellets zu bilden, sollten sie für die Beseitigung von Mikroplastik geeignet sein.

„Sie könnten auch das Potenzial haben, bei der Modernisierung von Abwasseraufbereitungsanlagen und als kostengünstiges Mittel zur weiteren Entfernung von Mikroplastik und zur Minimierung der Verschmutzung natürlicher Gewässer durch Kunststoffe eingesetzt zu werden“, sagte er.

Dais Studien zur natürlichen Bioremediation

Die aktuelle Studie, in der Pilze zur Entfernung von Mikroplastik eingesetzt werden, ist mit Dais früherer Forschung kompatibel, bei der Pilze zur Beseitigung von PFAS oder „ewigen Chemikalien“ in der Umwelt eingesetzt wurden.

„Pilze haben aufgrund ihrer Vielfalt und Robustheit einzigartige Umweltanwendungen“, sagte Dai. „Sie haben uns auch dabei geholfen, eine neuartige biologische Sanierungstechnologie für diese Chemikalien zu entwickeln, die die menschliche Gesundheit und die Nachhaltigkeit des Ökosystems gefährden können.“

PFAS werden in vielen Anwendungen eingesetzt, von Lebensmittelverpackungen und -verpackungen bis hin zu Zahnseide, Feuerlöschschaum, antihaftbeschichtetem Kochgeschirr, Textilien und Elektronik.

Die neue Technologie von Dai nutzt ein pflanzliches Material, um die PFAS zu absorbieren und sie durch mikrobielle Pilze zu entsorgen, die sie buchstäblich fressen.