{"id":117379,"date":"2022-10-24T07:26:00","date_gmt":"2022-10-24T05:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=117379"},"modified":"2022-10-19T12:41:06","modified_gmt":"2022-10-19T10:41:06","slug":"wie-plastik-wirklich-biologisch-abgebaut-wird","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wie-plastik-wirklich-biologisch-abgebaut-wird\/","title":{"rendered":"Wie Plastik wirklich biologisch abgebaut wird"},"content":{"rendered":"\n

<\/h2>\n\n\n\n\n\n
\"Die
Die Landwirtschaft verwendet im grossen Stil Mulchfolien, hier zum Schutz der Erdbeerbeerpflanzen. Nicht alle sind wirklich biologisch abbaubar. Bild: Adobe Stock \/ Olga<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die moderne Landwirtschaft verwendet viel Plastik, insbesondere in Mulchfolien, mit denen B\u00e4uerinnen und Bauern den Ackerboden abdecken. Das sch\u00fctzt Kulturen vor Austrocknung, unterdr\u00fcckt das Wachstum von Unkr\u00e4utern und f\u00f6rdert dasjenige von Nutzpflanzen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr Landwirt:innen ist es allerdings meist sehr aufw\u00e4ndig und kostspielig, die konventionellen Folien aus Polyethylen (PE) einzusammeln und zu entsorgen. Ausserdem ist ein komplettes Einsammeln der d\u00fcnnen PE-\u200bFolien nicht m\u00f6glich, da sie leicht zerreissen: Es bleibt also PE auf und in den B\u00f6den zur\u00fcck und reichert sich dort an, da PE nicht abgebaut wird.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Als Alternativen bieten sich deshalb biologisch abbaubare Mulchfolien an, weil davon – im Gegensatz zu PE-\u200bFolien – keine Polymerbestandteile in der Umwelt verbleiben. Biologisch abbaubare Polymere sind bewusst so konzipiert, dass Mikroorganismen sie nutzen k\u00f6nnen, um Energie zu gewinnen und Zellmasse aufzubauen. Solche Polymere haben chemische \u00abSollbruchstellen\u00bb in ihrer Ger\u00fcststruktur. Nat\u00fcrlich vorkommende Mikroorganismen, zum Beispiel in B\u00f6den, k\u00f6nnen Enzyme in ihre Umgebung abgeben und damit diese Bruchstellen in den Polymeren angreifen und aufspalten. Die freigesetzten Bruchst\u00fccke werden dann von den Mikroben aufgenommen und letztendlich zum Endprodukt CO2<\/sub> veratmet.<\/p>\n\n\n\n

Der Nachweis, dass sich CO2<\/sub> bildet, ist daher sehr wichtig, denn es gibt neben tats\u00e4chlich bioabbaubaren Kunststoffen auch solche auf Basis von PE, die aufgrund bestimmter Zus\u00e4tze nur in sehr kleine, von blossem Auge nicht mehr sichtbaren Mikroplastik zerfallen. Diese werden nicht durch Mikroorganismen abgebaut und reichern sich in der Umwelt an.<\/p>\n\n\n\n

Neuer Ansatz erfasst Bioabbau vollumf\u00e4nglich<\/h3>\n\n\n\n

Den Bioabbau von Polymeren vollumf\u00e4nglich nachzuweisen und zu erfassen, war mit existierenden Methoden bislang nicht m\u00f6glich. Nun hat die Gruppe Umweltchemie der ETH Z\u00fcrich in den vergangenen Jahren einen neuen Ansatz entwickelt, um nachzuverfolgen und zu messen, ob und bis zu welchem Grad ein Polymer im Boden biologisch abgebaut wird. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden soeben in der Fachzeitschrift Nature Communications ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n

Die Resultate k\u00f6nnten die Art und Weise, wie der biologische Abbau von Polymeren in Zukunft untersucht wird, ver\u00e4ndern. An der Studie beteiligt waren Forschende aus den Erdwissenschaften der ETH, von der Eawag sowie Mitarbeiter des Chemiekonzerns BASF.<\/p>\n\n\n\n

Der Ansatz beruht darauf, dass Polymere mit stabilen Kohlenstoff-\u200b\u200bIsotopen (13<\/sup>C-) markiert werden. Dies erlaubt es den Forschenden, den 13<\/sup>C-\u200bKohlenstoff des Polymers w\u00e4hrend des biologischen Abbaus im Boden gezielt und selektiv zu verfolgen und somit eindeutig nachzuweisen, dass der biologische Abbau tats\u00e4chlich stattfindet.<\/p>\n\n\n\n

Bislang wurden f\u00fcr die Pr\u00fcfung der biologischen Abbaubarkeit von Kunststoffen nur Polymere verwendet, die nicht mit Isotopen markiert wurden. Ein Polymer (oder ein Plastikmaterial, das aus einem oder mehreren Polymeren besteht) wird dann als biologisch abbaubar zertifiziert, wenn w\u00e4hrend einer definierten Inkubationszeit eine Mindestmenge des Polymerkohlenstoffs in CO2<\/sub>\u00a0umgewandelt wird. Die Norm f\u00fcr biologisch abbaubare Mulchfolien etwa erfordert Bodeninkubationen, bei denen mindestens 90 Prozent des Mulchfolien-\u200b\u200bKohlenstoffs \u00fcber einen Zeitraum von zwei Jahren zu CO2<\/sub>\u00a0\u2018mineralisiert\u2019 wird.<\/p>\n\n\n\n

\"Elektronenmikroskopieaufnahme
Elektronenmikroskopieaufnahme der Oberfl\u00e4che eines PBS-\u200bFilms nach sechsw\u00f6chiger Inkubation im Boden: Die Oberfl\u00e4che des PBS ist durch besiedelte Pilze und Bakterien bereits merklich abgebaut.\u00a0(Bild: Michael Zumstein)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Diese Testverfahren sind mittlerweile etabliert und zweckm\u00e4ssig, um die Polymermineralisierung nachzuweisen. Allerdings erfassen sie nicht den gesamten biologischen Abbau, da nur die CO2<\/sub>-\u200bBildung gemessen wird. Die Menge des Polymerkohlenstoffs, die am Ende der Inkubationszeiten im Boden verbleibt, konnten Forschende mit bisherigen Standardverfahren nicht erfassen. Zudem blieb unklar, ob dieser verbleibende Kohlenstoff weiterhin in Form des Polymers vorlag oder ob Mikroorganismen ihn bereits in ihre Biomasse aufgenommen haben.<\/p>\n\n\n\n

Geschlossene Massenbilanzen erstellt<\/h3>\n\n\n\n

Der von den ETH-\u200bForschenden und ihren Kolleg:innen entwickelte Ansatz beseitigt diese Unklarheiten. In ihren Tests verwendeten sie 13<\/sup>C markiertes Polybutylensuccinat (PBS). PBS ist ein kommerziell wichtiger biologisch abbaubarer Polyester, das auch in Mulchfolien verwendet wird.<\/p>\n\n\n\n

Das Kohlenstoffisotop im PBS konnten die Forschenden nun w\u00e4hrend des biologischen Abbaus selektiv verfolgen: Neben der Bestimmung der Mineralisierung zu 13<\/sup>CO2<\/sub> konnten die Autoren vollst\u00e4ndige Massenbilanzen f\u00fcr den PBS-\u200bKohlenstoff erstellen, indem sie die nach den Inkubationen im Boden verbleibende Restmenge des aus dem PBS stammenden 13<\/sup>C bestimmten.<\/p>\n\n\n\n

\u00abF\u00fcr uns war es erfreulich, geschlossene Kohlenstoff-\u200bMassenbilanzen \u00fcber die 425 Tage der Bodeninkubation zu sehen. Dies zeigte, dass wir genau bestimmen k\u00f6nnen, wo der Polymer-\u200bKohlenstoff endet \u2013 zu ungef\u00e4hr zwei Dritteln im CO2<\/sub> und zu einem Drittel im Boden \u2013 und das \u00fcber diese sehr langen Inkubationszeiten\u00bb, erkl\u00e4rt der Erstautor der Studie, Taylor Nelson, der in der Gruppe Umweltchemie doktoriert hat.<\/p>\n\n\n\n

Die Forschenden wollten zudem wissen, in welcher Form der durch PBS zugesetzte Kohlenstoff im Boden verbleibt, also wie viel in die mikrobielle Biomasse eingebaut wurde und wie viel noch als Rest-\u200b\u200bPBS vorhanden war.<\/p>\n\n\n\n

Um diese Frage zu beantworten, extrahierten und bestimmten die Autoren das restliche PBS aus dem Boden. Dabei zeigte sich, dass der meiste Kohlenstoff zwar noch als PBS vorlag, dass aber auch ein betr\u00e4chtlicher Anteil, n\u00e4mlich sieben Prozent des zugegebenen PBS-\u200b\u200bKohlenstoffs, in die mikrobielle Biomasse eingebaut wurde.<\/p>\n\n\n\n

Die M\u00f6glichkeit, genau zu bestimmen, wieviel Polymer verbleibt und wieviel Polymerkohlenstoff in Biomasse eingebaut wurde, ist essentiell f\u00fcr k\u00fcnftige Studien und die Entwicklung neuer biologisch abbaubarer Polymere: <\/p>\n\n\n\n

\"Michael
Michael Sander
Foto: Bernard van Dierendonck<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

\u00abWir k\u00f6nnen nun systematisch pr\u00fcfen, welche Bodenbedingungen und Polymereigenschaften einen vollst\u00e4ndigen biologischen Abbau der Polymere zu CO2<\/sub>\u00a0und zu mikrobieller Biomasse erm\u00f6glichen – und wir k\u00f6nnen Faktoren bewerten, die den biologischen Abbau der Polymere im Laufe der Zeit m\u00f6glicherweise verlangsamen\u00bb, erkl\u00e4rt Michael Sander, ETH-\u200b\u200bProfessor in der Gruppe Umweltchemie.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Plastikverschmutzung reduzieren<\/h3>\n\n\n\n

Diese Arbeit ist bereits im Gange: Mit dem neuen Ansatz untersucht die Gruppe zurzeit den biologischen Abbau von weiteren Polymeren in unterschiedlichen landwirtschaftlichen B\u00f6den, auch im Freiland. \u00abDamit wollen wir sicherstellen, dass bioabbaubare Polymere ihren Namen verdienen und nicht in der Umwelt zur\u00fcckbleiben\u00bb, sagt Kristopher McNeill, Professor f\u00fcr Umweltchemie der ETH Z\u00fcrich und Leiter der gleichnamigen Forschungsgruppe.<\/p>\n\n\n\n

\u00abDer Ersatz herk\u00f6mmlicher durch biologisch abbaubare Polymere kann dazu beitragen, die Plastikverschmutzung zu verringern, insbesondere f\u00fcr Anwendungen, in denen Polymere direkt in der Umwelt verwendet werden und eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Polymere nach der Anwendung dort verbleiben\u00bb, betont Sander<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Literaturhinweis<\/h3>\n\n\n\n

Nelson TF, Baumgartner R, Jaggi M et al. Biodegradation of poly(butylene succinate) in soil laboratory incubations assessed by stable carbon isotope labelling. Nat Commun 13, 5691 (2022)<\/em>. doi: 10.1038\/s41467-\u200b022-33064-8<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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