Mikroplastik sind winzige, nahezu unzerstörbare Fragmente, die von alltäglichen Kunststoffprodukten abgesondert werden. Je mehr wir über Mikroplastik erfahren, desto schlimmer werden die Nachrichten. In unseren Ozeanen und Böden bereits gut dokumentiert, entdecken wir sie jetzt an den unwahrscheinlichsten Orten: unseren Arterien, der Lunge und sogar der Plazenta.
Es kann zwischen 100 und 1.000 Jahren dauern, bis Mikroplastik abgebaut wird, und in der Zwischenzeit werden unser Planet und unsere Körper von Tag zu Tag stärker mit diesen Materialien verschmutzt.
Es war noch nie so wichtig, praktikable Alternativen zu herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen und Mikroplastik zu finden. Neue Untersuchungen von Wissenschaftlern der University of California San Diego und des Materialwissenschaftsunternehmens Algenesis zeigen, dass ihre pflanzlichen Polymere in weniger als sieben Monaten biologisch abgebaut werden – selbst auf Mikroplastikebene.
Der Artikel, dessen Autoren allesamt Professoren, Alumni oder ehemalige Forschungswissenschaftler der UC San Diego sind, erscheint in Wissenschaftliche Berichte.
„Wir fangen gerade erst an, die Auswirkungen von Mikroplastik zu verstehen. Wir haben erst an der Oberfläche gekratzt, um die Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit zu kennen“, erklärte Michael Burkart, Professor für Chemie und Biochemie, einer der Autoren des Papiers und Mitbegründer von Algenesis. „Wir versuchen, Ersatzstoffe für bereits vorhandene Materialien zu finden und sicherzustellen, dass diese Ersatzstoffe am Ende ihrer Nutzungsdauer biologisch abbaubar sind, anstatt sich in der Umwelt anzusammeln. Das ist nicht einfach.“
„Als wir diese algenbasierten Polymere vor etwa sechs Jahren zum ersten Mal entwickelten, war unsere Absicht immer, dass sie vollständig biologisch abbaubar sind“, sagte ein anderer Autor des Papiers, Robert Pomeroy, der auch Professor für Chemie und Biochemie und Algenesis-Mitarbeiter ist. Gründer. „Wir hatten zahlreiche Daten, die darauf hindeuteten, dass unser Material im Kompost verschwand, aber dies ist das erste Mal, dass wir es auf Mikropartikelebene gemessen haben.“
Stellen Sie es auf die Probe
Um die biologische Abbaubarkeit zu testen, mahlte das Team sein Produkt zu feinen Mikropartikeln und bestätigte mit drei verschiedenen Messinstrumenten, dass das Material beim Einlegen in einen Kompost von Mikroben verdaut wurde.
Das erste Werkzeug war ein Respirometer. Beim Abbau von Kompostmaterial setzen die Mikroben Kohlendioxid (CO2) frei, das das Respirometer misst. Diese Ergebnisse wurden mit dem Abbau von Zellulose verglichen, der als Industriestandard für 100 % biologische Abbaubarkeit gilt. Das pflanzliche Polymer passte nahezu zu 100 % zur Cellulose.
Als nächstes nutzte das Team die Wasserflotation. Da Kunststoffe nicht wasserlöslich sind und schwimmen, können sie leicht von der Wasseroberfläche abgeschöpft werden. In Abständen von 90 und 200 Tagen wurden nahezu 100 % des erdölbasierten Mikroplastiks zurückgewonnen, d. h. nichts davon war biologisch abgebaut. Andererseits waren nach 90 Tagen nur 32 % des algenbasierten Mikroplastiks zurückgewonnen, was zeigt, dass mehr als zwei Drittel davon biologisch abgebaut waren. Nach 200 Tagen waren nur 3 % wiederhergestellt, was bedeutet, dass 97 % davon verschwunden waren.
Die letzte Messung umfasste eine chemische Analyse mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GCMS), bei der das Vorhandensein der zur Herstellung des Kunststoffs verwendeten Monomere nachgewiesen wurde, was darauf hindeutet, dass das Polymer in seine ursprünglichen Pflanzenmaterialien zerlegt wurde. Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie konnte außerdem gezeigt werden, wie Mikroorganismen das biologisch abbaubare Mikroplastik bei der Kompostierung besiedeln.
„Dieses Material ist der erste Kunststoff, der nachweislich ‚kein‘ Mikroplastik erzeugt, wenn wir es verwenden“, sagte Stephen Mayfield, Mitautor der Arbeit, Professor an der School of Biological Sciences und Mitbegründer von Algenesis. „Das ist mehr als nur eine nachhaltige Lösung für das Ende des Produktlebenszyklus und unsere überfüllten Mülldeponien. Das ist tatsächlich Plastik, das uns ‚nicht‘ krank machen wird.“
Die Schaffung einer umweltfreundlichen Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen ist nur ein Teil des langen Weges zur Machbarkeit. Die ständige Herausforderung besteht darin, das neue Material auf bereits vorhandenen Produktionsanlagen verwenden zu können, die ursprünglich für herkömmlichen Kunststoff gebaut wurden, und hier macht Algenesis Fortschritte.
Sie haben mit mehreren Unternehmen zusammengearbeitet, um Produkte herzustellen, die die an der UC San Diego entwickelten pflanzlichen Polymere verwenden, darunter Trelleborg für den Einsatz in beschichteten Stoffen und RhinoShield für den Einsatz bei der Herstellung von Handyhüllen.
„Als wir mit dieser Arbeit begannen, wurde uns gesagt, dass es unmöglich sei“, sagte Burkart. „Jetzt sehen wir eine andere Realität. Es gibt noch viel zu tun, aber wir wollen den Menschen Hoffnung geben. Es ist möglich.“
Mehr Informationen:
Marco N. Allemann et al., Schneller biologischer Abbau von Mikroplastik aus biobasiertem thermoplastischem Polyurethan, Wissenschaftliche Berichte (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-56492-6