Ziel dieser Masterthesis ist es, die Zusammenhänge der physikalisch-chemischen Beziehung von Mikroplastikpartikeln und hydrophoben Schadstoffen zu analysieren. Es soll geklärt werden, ob Mikroplastik als Vektor hydrophober Schadstoffe agieren und welches Schadpotenzial kontaminiertes Mikroplastik nach Aufnahme in den Organismus mit sich bringen kann. Zudem werden unterschiedliche Lösungsansätze für die Vermeidung und Verwertung von Kunststoffen aufgezeigt.
Kaum ein anderer Werkstoff wird so häufig für die Herstellung von Erzeugnissen verwendet wie Kunststoffe. Durch die Weiterentwicklung in den 1950er-Jahren wurde ein kostengünstiger und vielfältiger Einsatz an Kunststoffen besonders in der Massenfertigung ermöglicht. In der heutigen Zeit bestehen fast alle Produkte in irgendeiner Form aus Kunststoffen. Diese Produkte reichen von Autoreifen über Dämmstoffe, bis hin zu Einwegprodukten und Verpackungen.
Diese Vielfalt bietet zahlreiche Eintragspfade für Kunststoffe, um in die Umwelt zu gelangen. Das Grundproblem von Kunststoffen besteht darin, dass sie auf natürlichem Wege nicht abbaubar sind und sich dadurch in der Umwelt anreichern. Mikroplastik enthält Additive, die während der Herstellung des Ausgangskunststoffs hinzugefügt wurden, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten. Dazu zählen Schadstoffe wie Weichmacher und Flammschutzmittel. Aber auch im Wasser vorhandene Schadstoffe können sich an Mikroplastikpartikel anreichern. Dabei handelt es sich um hydrophobe Schadstoffe, die sich bevorzugt an unpolaren Kunststoffen anreichern. Nimmt ein Organismus mit Schadstoffen kontaminiertes Mikroplastik auf, können diese Schadstoffe potenziell an den Organismus abgegeben werden, wo sie sich negativ auf den Körper auswirken.
Inhaltsverzeichnis
1.0 Einleitung
2.0 Allgemeines und Grundlagen
2.1 Was sind Kunststoffe?
2.2 Produktionsmengen
2.3 Zersetzung von Kunststoffen
2.4 Definition von Mikroplastik
2.5 Entstehung von Mikroplastik
2.6 Untersuchungsmethoden für Mikroplastik in Gewässern
3.0 Quellen von Mikroplastik
3.1 Reifen- und Straßenabrieb
3.2 Abfallentsorgung
3.3 Klärschlämme, Komposte und Gärrückstände
3.4 Baustellen
3.5 Littering
3.6 Kommunale Abwässer
3.7 Pelletverluste
3.8 Wasch- und Reinigungsmittel, Kosmetika
3.9 Faserabrieb durch Textilwäsche
3.10 Schiffart, Fischerei und Tourismus
3.11 Sport- und Spielplätze
4.0 Mikroplastik als Vektor hydrophober Schadstoffe
4.1 Sorptionsvorgänge von Schadstoffen
4.1.1 Adsorption
4.1.2 Desorption
4.1.3 Absorption
4.1.4 Unterschiede in der Sorption an verschiedenen Kunststoffarten
4.2 Hydrophobizität von Schadstoffen
4.3 A/V-Verhältnis von Mikroplastik
4.3.1 Verwitterung und Salzgehalt
5.0 Schadpotenzial von Mikroplastik
5.1 Additive
5.1.1 Weichmacher
5.1.2 Flammschutzmittel
5.1.3 Stabilisatoren
5.1.4 Farbmittel
5.1.5 Verstärkungs- und Füllstoffe
5.1.6 Rest-Monomere
5.2 Adsorptive
5.2.1 Polychlorierte Biphenyle (PCB)
5.2.2 Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
5.2.3 Per- und polyfluorierte Chemikalien (PFC)
5.2.4 Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT)
5.2.5 Hexachlorbenzol (HCB)
5.2.6 Schwermetalle
6.0 Biologische Auswirkungen durch kontaminiertes Mikroplastik
6.1 Toxikokinetik
6.2 Bioakkumulation in marinen Ökosystemen
6.3 Forschungsstand über die Schadwirkung auf Organismen
7.0 Empfehlungen und Lösungsansätze
7.1 Kunststoffe vermeiden
7.2 Regulation durch Verbote und Beschränkungen
7.2.1 Bundesrepublik Deutschland
7.2.2 Europäische Union
7.3 Kunststoffen einen Wert geben
7.4 Produktdesign
7.5 Biologische Lösungsansätze
7.5.1 Biologische Zersetzung durch Pilze
7.5.2 Biologische Zersetzung durch Bakterien
7.6 Innovative Lösungsansätze
7.6.1 Kraftstoff aus Kunststoffabfällen
7.6.2 Entfernung von Mikroplastik aus Kläranlagen
7.6.3 Abfischen von Kunststoffabfällen aus den Meeren
7.7 Probleme und Perspektiven von Bioplastik
8.0 Zusammenfassung
9.0 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen Mikroplastik und hydrophoben Schadstoffen in Gewässern, um zu bewerten, inwieweit Mikroplastik als Vektor für den Schadstofftransport fungiert und welche gesundheitlichen Risiken dies für marine Organismen sowie den Menschen birgt.
- Physikalisch-chemische Sorptionsprozesse (Adsorption, Absorption, Desorption)
- Eintragspfade und Quellen von Mikroplastik in die Umwelt
- Schadpotenzial durch Additive und adsorbierte Umweltschadstoffe (PCB, PAK, PFC, DDT, HCB, Schwermetalle)
- Toxikokinetik und Bioakkumulation von Mikroplastik in marinen Nahrungsketten
- Strategien und Lösungsansätze zur Vermeidung sowie Entfernung von Mikroplastik
Auszug aus dem Buch
4.1.4 Unterschiede in der Sorption an verschiedenen Kunststoffarten
In einem Langzeit-Feldexperiment über einen Zeitraum von 12 Monaten an 5 Stationen in San Diego Bay (Kalifornien) wurde die Sorption von polychlorierten Biphenylen (kurz PCB) sowie polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (kurz PAK) an fünf gängigen Arten von Massenkunststoffen gemessen: Polyethylenterephthalat (kurz PET), Polyethylen hoher Dichte (kurz HDPE), Polyvinylchlorid (kurz PVC), Polyethylen niedriger Dichte (kurz LDPE) und Polypropylen (kurz PP).
In diesem Experiment wurde festgestellt, dass die Sorptionsraten an PCB und PAK zwischen den Kunststofftypen und Standorten beträchtliche Unterschiede aufweisen. Die adsorbierte Schadstoffmenge ist abhängig von Partikel- und Materialeigenschaften und liegt im Mikrogramm- bis Nanogramm-Bereich pro Gramm Mikroplastik. Die Schadstoffmenge am Mikroplastik wird stark von der umgebenen Lösung beeinflusst und kann von Partikel zu Partikel variieren.
So erreichten PCB und PAK in ihrer Sorptionsrate an PET und PVC viel schneller ein Gleichgewicht als an HDPE, LDPE und PP. Allerdings wurde an HDPE, LDPE und PP eine deutlich höhere Schadstoffkonzentration entdeckt (vgl. Abb. 10, S. 35). Folglich kann darauf geschlossen werden, dass Produkte aus den Kunststoffen HDPE, LDPE und PP ein größeres Risiko darstellen als Kunststoffprodukte aus PET und PVC, da sich höhere Konzentration an gefährlichen Substanzen adsorbieren.
Die Schlussfolgerung der Feldstudie beinhaltet, dass PET und PVC ein geringeres Risiko für die Konzentration von hydrophoben Schadstoffen an Mikroplastik darstellen. Hier ist allerdings zu beachten, dass PVC zwar eine geringere Konzentration von PCB und PAK adsorbiert, aber die darin enthaltenen Vinylchloridmonomere als krebserzeugend und toxisch eingestuft sind. PET benötigt bei der Herstellung zwar weniger Additive und adsorbiert weniger PCB und PAK, dennoch beinhaltet es, wie alle anderen Kunststoffabfälle, einen einzigartigen Chemikalien-Cocktail, der bei der Aufnahme durch aquatische Organismen als Mehrfachstressor wirken kann (vgl. ROCHMANN ET AL. 2012:1651F).
Zusammenfassung der Kapitel
1.0 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik von Mikroplastik als Vektor für Schadstoffe ein und legt das Ziel sowie den Aufbau der Masterarbeit fest.
2.0 Allgemeines und Grundlagen: Dieses Kapitel erläutert die chemischen Grundlagen von Kunststoffen, deren Zersetzungsprozesse sowie die Definition und Entstehung von Mikroplastik.
3.0 Quellen von Mikroplastik: Hier werden die vielfältigen anthropogenen Eintragsquellen von Mikroplastik in die Umwelt, von Reifenabrieb bis hin zur Textilwäsche, detailliert dargestellt.
4.0 Mikroplastik als Vektor hydrophober Schadstoffe: Dieses Kapitel analysiert die physikalisch-chemischen Sorptionsprozesse (Adsorption, Absorption, Desorption) und den Einfluss von Materialeigenschaften und Umweltbedingungen.
5.0 Schadpotenzial von Mikroplastik: Hier werden die toxischen Additive innerhalb von Kunststoffen sowie persistente organische Schadstoffe und Schwermetalle, die an Partikel adsorbieren können, klassifiziert.
6.0 Biologische Auswirkungen durch kontaminiertes Mikroplastik: Dieser Teil beschreibt die Toxikokinetik, Bioakkumulation und die potenziellen gesundheitlichen Gefahren für marine Organismen und den Menschen.
7.0 Empfehlungen und Lösungsansätze: Das Kapitel diskutiert Vermeidungsstrategien, gesetzliche Regulierungen, biologische Abbauansätze durch Pilze und Bakterien sowie technische Innovationen.
8.0 Zusammenfassung: Diese Zusammenfassung fasst die zentralen Erkenntnisse der Arbeit über die Wechselbeziehung von Mikroplastik und Schadstoffen sowie die ökologischen Folgen zusammen.
9.0 Fazit: Das Fazit reflektiert die Ergebnisse der Arbeit und identifiziert bestehende Forschungslücken hinsichtlich der realen Umweltauswirkungen und der notwendigen Standardisierungen.
Schlüsselwörter
Mikroplastik, hydrophobe Schadstoffe, Vektorfunktion, Sorption, Adsorption, Absorption, Bioakkumulation, persistente organische Schadstoffe, POP, Kunststoffabbau, Umweltschutz, Toxikokinetik, marine Ökosysteme, Schadpotenzial, Risikobewertung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die physikalisch-chemische Rolle von Mikroplastik als Transportmedium (Vektor) für hydrophobe Schadstoffe in Gewässern und die daraus resultierenden biologischen Gefahren.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder sind die Sorptionsmechanismen an Kunststoffoberflächen, der Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt, dessen Schadpotenzial durch Additive oder Adsorptive sowie die Bioakkumulation in der Nahrungskette.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist die wissenschaftliche Analyse der Zusammenhänge zwischen Mikroplastik und Schadstoffen, um zu klären, ob Mikroplastik signifikant als Vektor für Umweltgifte agiert.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine quantitative und qualitative Untersuchung der vorhandenen fachspezifischen Literatur sowie eine Auswertung relevanter Forschungsberichte durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Quellen von Mikroplastik, die Sorptionsprozesse, die toxikologische Definition von Schadstoffen und deren biologische Auswirkungen auf Organismen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Mikroplastik, Sorption, Vektorfunktion, Bioakkumulation, Schadpotenzial, Toxikokinetik und persistente organische Schadstoffe (POP).
Warum spielt die Größe von Mikroplastikpartikeln eine so entscheidende Rolle?
Je kleiner ein Mikroplastikpartikel ist, desto größer ist sein spezifisches Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis, was die Adsorptionskapazität für Schadstoffe massiv erhöht.
Welche Kunststoffarten bergen laut der Arbeit das höchste Risiko?
Das Risiko variiert je nach Kunststoffart; Feldstudien zeigten, dass beispielsweise HDPE, LDPE und PP eine höhere Schadstoffkonzentration aufweisen als PET und PVC.
Warum ist eine Standardisierung der Untersuchungsmethoden notwendig?
Aktuell existiert eine große Vielfalt an Methoden, was den globalen Vergleich von Daten erschwert; eine Standardisierung ist für statistisch gesicherte wissenschaftliche Aussagen unerlässlich.
Bietet Bioplastik eine realistische Lösung für die Mikroplastik-Problematik?
Nur bedingt; viele als biologisch abbaubar vermarktete Kunststoffe zersetzen sich unter realen Umweltbedingungen nicht vollständig und tragen oft sogar zur Entstehung von Mikroplastik bei.
- Arbeit zitieren
- Master of Science Jacqueline Giesen (Autor:in), 2020, Mikroplastik als Vektor hydrophober Schadstoffe in Gewässern, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1193413
