Auf der Spur des unsichtbaren Plastiks

Nur 3 Prozent des Wassers auf der Erde sind Süßwasser, davon sind nur 0,3 % für uns zugänglich. Umso bedeutsamer, das verfügbare Wasser sauber zu halten. Eine Herkulesaufgabe, denn Verunreinigungen und Schadstoffe belasten unser Wasser. Dazu zählen Pestizide – zusätzlich verschärft durch die geplante Lockerung der Pestizid-Zulassung –, weitere Chemikalien, Medikamentenrückstände und Mikroplastik. Mikroplastik sind winzige Kunststoffteilchen, aufgebaut aus Kohlenwasserstoffketten, denen meist verschiedene Additive zugesetzt sind.

Über 400 Millionen Tonnen Kunststoffe werden pro Jahr produziert, mehr als 11 Millionen Tonnen davon landen in den Flüssen und Seen – Tendenz steigend. Laut dem Plastikatlas der Heinrich-Böll-Stiftung verursacht Meeresplastik mit rund 12 Milliarden Euro enorme wirtschaftliche Schäden allein für Entsorgungsaktionen und Ausfälle in der Fischerei.

Kunststoffe übernehmen in unserem Alltag viele Funktionen, einige sind nicht wegzudenken, etwa im Gesundheitssektor (z. B. sterile Spritzen) oder bei der Haltbarkeit von Lebensmitteln. Doch gerade ihre Menge und Beständigkeit gefährden unsere Ökosysteme und somit unsere Lebensgrundlagen. Die schwer abbaubaren Partikel wirken sich im Boden negativ auf Bodenorganismen und Nahrungskette aus. Wenn Kunststoffe in der Umwelt zerfallen, kommt es zum Angriff auf die biologische Kohlenstoffpumpe, wie jüngst in einem Fachjournal veröffentlicht wurde: Mikroplastik verringert die Fotosyntheseleistung des Phytoplanktons und stört den Stoffwechsel des Zooplanktons. In der Folge können die Meeresorganismen weniger Kohlenstoff aufnehmen und in tiefere Ozeanschichten transportieren. Die langfristige Speicherung ist so nicht mehr möglich, sodass mehr CO2 in die Atmosphäre gelangt.

Wir kommen über die Luft, Staub, das Trinkwasser, Lebensmittel und kosmetische Mittel in Kontakt mit Mikroplastik, das tief in unseren Körper eindringen kann. Je kleiner die Partikel sind, desto größer ist ihre Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Masse. Schon 2020 wurde Mikroplastik in der Plazenta nachgewiesen, zwei Jahre später im Blut, der Lunge, der Leber, der Muttermilch. Kleine Partikel passieren sogar die Blut-Hirn-Schranke, wie 2024 ein Forscherteam aus Italien nachwies. Eine aktuelle Studie zeigt, dass Mikroplastik in Lungenzellen Veränderungen auslösen kann, die mit der Entstehung von Krebs in Verbindung stehen.

Einteilung von Plastik Makroplastik > 5mm, mit bloßem Auge sichtbar Mikroplastik < 5mm, mit bloßem Auge schwer zu erkennen primäres Mikroplastik < 5mm Typ A: Grundmaterial für die Plastikproduktion (z. B. für Schleifkügelchen, Farben, Lacke) Typ B: entsteht in der Nutzungsphase durch Abrieb oder Verwitterung (z. B. aus Autoreifen, Schuhsohlen, Textilien) sekundäres Mikroplastik < 5mm, entstanden durch physikalische, biologische und chemische Degradation von Makroplastikteilen (z. B. Verpackungen) Nanoplastik < 1 µm, nur mikroskopisch sichtbar

In der Umwelt haben insbesondere die gefährlich eingestuften additiven Inhaltsstoffe, wie Weichmacher und Ewigkeitschemikalien (PFAS), negative Auswirkungen. Das Tückische: Aufgrund des hydrophoben Charakters und hohen Oberfläche/Volumen-Verhältnisses werden Mikroplastikpartikel zum Frachter von Schadstoffen wie Polychlorierte Biphenylen, Schwermetallen und Pestiziden, die dann mit dem Plastik in Organismen gelangen. Bei marinen Tieren kann so die Aufnahme der Partikel neben inneren Verletzungen zu Unfruchtbarkeit, Verhaltensstörungen und Tod führen.

Ist Plastik erst einmal in der Umwelt, lässt es sich nur mühevoll entfernen. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung und des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung veröffentlichten 2024 eine alarmierende Studie:: Sie deckten eine Grundbelastung durch schwimmende Plastikteile im gesamten Nordpazifik auf, mit Hotspots im subtropischen Wirbel des Nordpazifiks und einem marinen Schutzgebiet, das zum Weltnaturerbe gehört. 

Das ganze Meer durchfiltern? Unmöglich, zumal es einen falschen Angriffspunkt darstellt: Denn die Konzentration von Mikroplastik ist besonders hoch an den Stellen, bevor das Wasser die Ozeane erreicht: im Ablauf von Kläranlagen und vor allem der Industrie.

Industriell als kleine Pellets hergestelltes Mikroplastik lässt sich prinzipiell regulieren. So wurden 2023 in einer EU-Verordnung feste Mikroplastikpartikel verboten, schrittweise für auszuspülende Produkte, Make-up und Nagellack bis 2035. Das Problem: Die Partikel werden oft durch wasserlösliche Polymere ersetzt, die ebenso wieder in unser Abwasser fließen.

Größte Quelle für primäres Mikroplastiks in Deutschland stellt Reifenabrieb dar, gefolgt von Polymer- und Bitumenabrieb in Asphalt, Kunststoffverpackungen und Textilfasern. Hinsichtlich Landwirtschaft ist vor allem Klärschlamm aus Kläranlagen als Problem anzusehen, da in Europa ein Großteil des gesamten Klärschlamms mit den enthaltenen Partikeln als Dünger an Land gelangt. Eine im letzten Jahr veröffentlichte Langzeitstudie über 25 Jahre zeigte, dass die Mikroplastikmenge in Böden nach der Klärschlamm-Anwendung zwischen 723 % und 1.445 % deutlich anstieg und lange persistiert.

Um an den Kläranlagen die Mikropartikel abzutrennen, kommt man schnell auf Filtrationslösungen. Doch herkömmliche Mikro-, Ultra- und Nanofiltrationen benötigen Filtermedien oder chemische Zusätze, was hohe Energie- und Wartungsaufwände, Eintrag weiterer Chemikalien und geringere Durchsätze bedeutet.

Eine weitergedachte Lösung ist die Hydrozyklontechnologie, wie sie das Münchener Start-up ECOFARIO realisiert. Ihr patentiertes Verfahren trennt unterschiedliche, im Wasser gelöste Partikel durch Schwer- und Fluidkraft vom Abwasser ab. Die mittels High-G-Separatoren erzielten Strömungsmuster machen Filtermedien oder chemische Zusätze hinfällig. Anschließend werden die Mikropartikel zusammen mit den anhaftenden Toxinen und Schadstoffen der thermischen Verwertung des Klärschlamms zugeführt. Allerdings sind der effektiven Entfernung sehr feiner Partikel Grenzen gesetzt. Weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind bei Filtermethoden nötig, etwa am Material und Konstruktion der Filteranlage.

Um den Abrieb von Textilfasern beim Waschvorgang zu reduzieren, haben Forschende der Universität Bonn einen neuen Filter entwickelt. Als Vorbild dienten ihnen Fische, die mit offenem Maul durchs Wasser schwimmen und dabei Plankton von Atemwasser trennen: Mit ihrem zum Schlund verjüngenden Kiemenreusensystem werden die Partikel an den bezahnten Fortsätzen der Kiemenbögen aufgefangen, während Wasser hindurchströmt. Der nach dem Querstromfiltrations-Prinzip entwickelte und bereits zum Patent angemeldete Filter konnte in ersten Tests mehr als 99 Prozent der Plastikfasern aus dem Abwasser von Waschmaschinen entfernen. Bisher wurden die Filterversuche allerdings noch im Labor in einem Teststand durchgeführt. Unklar ist auch, wie mit dem abgefilterten Mikroplastik verfahren wird.

Das Unternehmen Wasser 3.0 gGmbH hat eine ungewöhnlich einfache wie wirkungsvolle Lösung entwickelt: Mithilfe ihres patentierten Fluoreszenzmarkers ermöglicht das Karlsruher Start-up eine kontinuierliche Überwachung von Mikroplastik-Belastungen. Die standardisierte Probennahme und automatische Auswertung ist flexibel einsetzbar – für kommunales und industrielles Abwasser sowie Gewässermonitoring. Um Mikroplastikpartikel zu entfernen, verwendet das Team Hybridkieselgele, die mit den Mikroplastikpartikeln Agglomerate bilden. Die wie aufgeschwemmtes Popcorn wirkende Klümpchen werden aus dem Prozess entfernt, während das gereinigte Wasser dem Kreislauf rückgeführt oder sicher eingeleitet wird. Machbarkeitsstudien finden im Labor und Technikum statt, der Realbetrieb dann an den Hotspots, wo die größte Menge an Mikroplastik vorkommt: an Industrie und Kläranlagen. Ökologisch wie ökonomisch interessant: Im Ansatz „Reuse" werden die Mikroplastik-Agglomerate nicht thermisch verbrannt – stattdessen entwickelt Wasser 3.0 innovative Wiederverwertungskonzepte, um kreislaufwirtschaftliche Lösungen mit Ressourcenschonung und Umweltschutz zu verbinden.

Wo genau ist wie viel Mikroplastik? Die Global Map of Microplastics der Wasser 3.0 gGmbH ist die weltweit erste interaktive Plattform zur standardisierten Erfassung und Visualisierung von Mikroplastik-Belastungen in Gewässern. Mit einfachen Analytik-Kits kann jede:r Wasserproben nehmen und zur Kartierung beitragen – ob Schule, Kommune oder engagierte Bürger:innen. So wird aus Bürgerwissenschaft echtes Handlungswissen. Als offizieller Teil der EU-Mission „Wiederherstellung unserer Ozeane und Gewässer bis 2030" fließen die Daten direkt in europäische Schutzstrategien ein.

So innovativ die Methoden sind: Am besten ist jedoch, Plastik von vornherein zu vermeiden oder zu recyceln. Der Mittelständler Werner & Mertz etwa stellt seine Verpackungen komplett auf Material aus der Gelben Tonne um. So bleibt das Plastik im Kreislauf, und die Nutzung dieses Post-Consumer-Recyclats verursacht bis zu 70% weniger CO2-Emissionen als die Verwendung von neuem Plastik. Auch die Farbe von Plastik ist entscheidend: Eine in Nature Climate Change aktuell veröffentlichte Studie zeigt, dass bunte Plastikfragmente in der Luft die Energie der Sonne absorbiert und die Atmosphäre erwärmt. Transparenten Verpackungen mit flexiblen Folien nach dem Cradle to Cradle-Prinzip sind daher ein Ausweg.

Viele Lösungen sind gefragt. So zeigte jüngst die RolliCoat GmbH mit ihrer wiederverwendbaren Schützhülle aus Textil, wie man dem Logistikproblem Einwegfolien für Rollcontainer der (Lebensmittel-)Industrie entgegentreten kann. Die in Zusammenarbeit mit Textilpartner VAUDE entwickelte Lösung besteht aus 100 % recyceltem Material und ist für mind. 1.000 Anwendungen ausgelegt. Umdenken für den Schutz unserer Lebensgrundlagen: Entscheidend dafür sind innovative Lösungsansätze, Beteiligungen, Kooperationen – und vor allem der gesetzliche Rahmen mit klaren Regularien und Zielsetzungen.

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2.850 Kilometer für sauberes Wasser – Extremschwimmer und Wasser 3.0 starten erste Mikroplastik-Kartierung Europas

Moorschutz als Invest
Ökosystem mit Retterpotenzial
Sich als Unternehmen im Natur- und Klimaschutz zu engagieren, ist oft ein undurchsichtiges Unterfangen. Moore eröffnen neue Perspektiven: Sie schaffen Transparenz, fördern Weitblick und sind weit mehr als nur natürliche CO2-Senken.