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   Quelle: MEV-Verlag
Zersetzung von Kunststoffen

Die großen Stärken von Kunststoffen wie Stabilität, Persistenz und Inertie bilden für die Ökosysteme, die mit Plastikabfällen belastet werden, zugleich die größten Gefahren. Diese Faktoren behindern die Zersetzung bzw. den Abbau der Polymere und ebnen so den Weg für eine dauerhafte Einflussnahme von Kunststoffen auf die Umwelt. So kann laut Umweltbundesamt die Zersetzungszeit der Kunststoffe in Abhängigkeit von verschiedenen Umweltfaktoren bis zu 450 Jahre betragen, wobei selbst dann nicht von einem vollständigen Abbau gesprochen werden kann (umweltbundesamt.de).

Produkt Abbauzeit    Produkt Abbauzeit
Angelschnur
Wegwerfwindel
Plastikflasche
Aludose
Getränkedose
Styroporbecher
Schaumstoffboje
Plastiktüte
600 Jahre
450 Jahre
450 Jahre
200 Jahre
200 Jahre
50 Jahre
50 Jahre
10-20 Jahre
Zigarettenkippen
Wollsocken
Sperrholz
Baumwollshirt
Milchkarton
Pappkarton
Apfelgehäuse
Zeitung
1-5 Jahre
1-5 Jahre
1-3 Jahre
2-5 Monate
3 Monate
2 Monate
2 Monate
6 Wochen

Bei der Wandlung von größeren Kunststoffteilen zu Mikroplastik zerfallen makroskopische Kunststoffteile, häufig durch mechanische Einwirkungen, in immer größere Anzahlen kleinerer Partikel. Dieser Zerfall (Fragmentierung) darf nicht mit dem biologischen Abbau verwechselt werden. Generell muss unterschieden werden zwischen Fragmentierung (mechanisch), Zersetzung (chemisch), Verwitterung (physikalisch) und dem biotischen Abbau durch Organismen.

Bei der Fragmentierung zerfällt exemplarisch ein etwa 1 cm3 großes Stück in rund 1 000 Fragmente von 1 mm, diese wiederum in 1 Mio. Partikel von nur 100 μm Größe usw., bis der ursprüngliche Kunststoff für das menschliche Auge unsichtbar geworden ist. Eine Mineralisierung dieser Fragmente findet jedoch nicht in relevantem Maße statt.

Die physikalische Verwitterung beschreibt ebenfalls den Zerfall in kleinere Fragmente ohne stoffliche Veränderung. Allerdings sind hier Einflüsse wie Temperatur, Druck, etc. verantwortlich für die Versprödung und den Zerfallsprozess des Kunststoffs.

Bei der chemischen Zersetzung reagieren die Polymere beispielsweise in Abhängigkeit von PH-Wert, Salinität oder UV-Strahlung zu anderen Stoffen oder – bei vollständiger Zersetzung – zu Endprodukten wie CO2, Nitraten oder Wasser.

Ähnliches geschieht beim biotischen Abbau, hier jedoch angetrieben durch den Energiestoffwechsel der jeweiligen Organismen, denen der Kunststoff als Kohlenstoffquelle dient. Die Verstoffwechselung resultiert im vollständigen Abbau der organischen Moleküle. Unter aeroben Bedingungen entstehen dabei CO2, H2O und Mineralsalze, im anaeroben Milieu CO2, CH4, H2O und Mineralien (grin.com: »Der biologische Abbau von Kunststoffen«).

Hinweise auf abweichende Abbaumechanismen speziell bei Mikroplastik konnten bisher in der Literatur nicht gefunden werden.

Kunststoffabfälle in unterschiedlichen Verwitterungsstadien (© Leandra Hamann/Fraunhofer UMSICHT)

Die unterschiedlichen Prozesse sind durch die natürlichen Einschränkungen der Faktoren in Gewässern stark gehemmt, was zu derart langen Abbauzeiten und Annahmen zur Unmöglichkeit eines Abbaus unter bestimmten Bedingungen führt (P. Holm et. al. 2013: »Mikroplastik – ein unsichtbarer Störenfried«).
Erkenntnisse japanischer Wissenschaftler aus dem Jahr 2009 zweifeln die oftmals deklarierte chemische Stabilität und damit die Unmöglichkeit des Abbaus von Kunststoffen in marinen Gewässern an. Ihren Beobachtungen nach beginnen die chemischen Abbauprozesse bereits weniger als ein Jahr nach Auftauchen des Mülls im marinen System. Was zuerst positiv anmutet, bewerten die Forscher kritisch, da den Untersuchungen zufolge durch den Abbau gefährliche Chemikalien freigesetzt werden, welche die aquatische Fauna bedrohen (spiegel.de, sciencedaily.com).

Nicht nur in Gewässern, auch an Land spielt die Zersetzung von Kunststoffen eine große Rolle. Insbesondere bei Mülldeponien, wo große Mengen an Kunststoffabfällen diversen Umweltfaktoren ausgesetzt sind, ist man an einem beschleunigten Abbau der langlebigen Polymere interessiert. Der biologische Abbau könnte dabei eine Möglichkeit darstellen. So stießen amerikanische Forscher im Amazonasregenwald auf einen Pilz, der im Rahmen seiner Nährstoffsuche komplexe, natürliche Polymere wie Lignocellulose zerlegt und in der Lage ist, selbst unter licht- und sauerstoffarmen Bedingungen Polyurethan (PU) zu zersetzen. Verantwortlich dafür ist wahrscheinlich ein Enzym, welches durch Reaktion mit Wasser das Polymer spaltet. Längst werden Überlegungen angestellt, über die Extraktion des Enzyms aus den Pilzen, über dessen künstliche Herstellung sowie über dessen Einsatz auf Mülldeponien mit hohem Anteil an PU-haltigen Abfällen (handelsblatt.com).

Als Abfallvermeidungsmaßnahme werden in alltäglichen Produkten mit relativ kurzer Lebensdauer (»Wegwerfprodukte«) heutzutage vermehrt Bioabbaubare Kunststoffe eingesetzt, die eine zeitnahe Verrottung versprechen. Dabei handelt es sich teilweise um Kombinationen von Kunst- und Zellstoff sowie Mischungen von Stärke und Polymeren. Da solche Kunststoffe jedoch nicht vollständig aus zersetzbaren Materialien bestehen, zerfallen lediglich die ohnehin abbaubaren Bestandteile, während die danach kaum mehr sichtbaren Kunststoffkomponenten gemeinsam mit Weichmachern und anderen chemischen Hilfsmitteln unverändert verbleiben. Somit werden die Nutzer durch den optisch sichtbaren Zerfall bezüglich der Persistenz getäuscht. Von einer biologischen Abbaubarkeit kann erst dann gesprochen werden, wenn durch biologische Aktivität die chemische Struktur des Kunststoffs soweit verändert wird, dass lediglich natürlich vorkommende Stoffwechsel-Endprodukte entstehen (schattenblick.de). Biokunststoffe, die dies gewährleisten, bestehen aus Materialien pflanzlichen (z. B. Stärke, Cellulose, Lignin) oder tierischen (Chitin, Proteine) Ursprungs oder solchen, die durch Mikroorganismen abbaubar sind (Polymilchsäure, Polyhydroxyfettsäure).


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