{"id":120701,"date":"2023-01-09T07:37:00","date_gmt":"2023-01-09T06:37:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=120701"},"modified":"2023-01-09T11:03:52","modified_gmt":"2023-01-09T10:03:52","slug":"erfolgreicher-abschluss-des-imulch-projektes-einfluss-landwirtschaftlicher-mulchfolien-auf-terrestrische-okosysteme","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/erfolgreicher-abschluss-des-imulch-projektes-einfluss-landwirtschaftlicher-mulchfolien-auf-terrestrische-okosysteme\/","title":{"rendered":"Erfolgreicher Abschluss des iMulch-Projektes \u2013 Einfluss landwirtschaftlicher Mulchfolien auf terrestrische \u00d6kosysteme"},"content":{"rendered":"\n\n\n
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Kunststoffe gelangen auf direktem oder indirektem Wege auf und in B\u00f6den. Ein weit verbreitetes Einsatzbeispiel von Kunststoffen auf B\u00f6den, das zu einem direktem Kunststoffeintrag f\u00fchren kann, bilden Mulchfolien. In landwirtschaftlichen Bereichen kommen Mulchfolien auf Agrarfl\u00e4chen zum Einsatz, wo sie zur Temperatur- und Feuchteregulierung im Boden, der Verhinderung von Unkrautwachstum und Bodenerosion bei Starkregen und dem Schutz von Kulturen vor Sch\u00e4dlingen und Fressfeinden dienen. Expertinnen und Experten erwarten im Zuge des Klimawandels und der angestrebten Reduktion eingesetzter Pestizide, einen stetig steigenden Einsatz von Mulchfolien in der Landwirtschaft. M\u00f6gliche negative Effekte dieser Entwicklung untersuchte das Verbundvorhaben \u201eiMulch \u2013 Eine Untersuchung des Einflusses von Polymeren auf ein terrestrisches \u00d6kosystem am Beispiel von in der Landwirtschaft eingesetzten Mulchfolien\u201c aus verschiedenen Perspektiven.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Hierzu betrachtete das Projekt eine erd\u00f6lbasierte (PE) Folie und zwei biologisch abbaubare Kunststofffolien (PLA\/PBAT-Blend). Ein Vergleich der Folien sollte auch kl\u00e4ren, ob und inwieweit biologisch abbaubare Folien im Vergleich zu konventionellen Folien \u00f6kologische Vorteile bieten.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 1: Ackerfl\u00e4che mit Mulchfolie (handels\u00fcbliche PE-Folie)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Verwitterung, Alterung, Transportverhalten und m\u00f6gliche \u00d6kotoxizit\u00e4t<\/h3>\n\n\n\n

Um eine Bewertung zu erm\u00f6glichen, erforschte iMulch die Verwitterung und Alterung der Folien, ihr Transportverhalten und eine m\u00f6gliche \u00d6kotoxizit\u00e4t. Zum Projektumfang z\u00e4hlten auch eine \u00d6kobilanzierung und der Versuch, durch Upcycling alternative Verwertungspfade aufzuzeigen. Um zuk\u00fcnftig Kunststoffemissionen aus Mulchfolien in der Umwelt zu reduzieren, leiteten die Forschenden auf Grundlage der Ergebnisse abschlie\u00dfend verschiedene Empfehlungen ab.<\/p>\n\n\n\n

Mithilfe einer Versuchskl\u00e4ranlage im Laborma\u00dfstab, die mit dem Drainagewasser einer Ackerfl\u00e4che bef\u00fcllt war, f\u00fchrte das Team verschiedene Verwitterungs- und Alterungstests mit konventionellen und biobasierten Mulchfolien durch. Hierbei zeigten die biobasierten PLA\/PBAT-Mulchfolien nach rund sechs bis acht Wochen deutliche Verwitterungsspuren und eine partielle Zersetzung. Hingegen wiesen konventionelle PE-Folien vor allem Bewuchs durch Mikroorganismen (Biofouling) auf. Fouling f\u00fchrte bei beiden Folientypen zu einer deutlichen Zunahme der Dichte im Zeitablauf, was eine Sedimentierung der Folienfragmente in Gew\u00e4ssern verursachte. <\/p>\n\n\n\n

Die Verwitterung der Mulchfolien untersuchten die Verantwortlichen schlie\u00dflich in einem Bodenteststand. In Analogie zur Versuchskl\u00e4ranlage, w\u00e4hlten sie hierzu konventionelle und biobasierte Mulchfolien aus Die Proben wurden auf dem Boden unter lebensnahen Umgebungsbedingungen hinsichtlich der Bodenfeuchte und Lufttemperatur bewittert. Generierte Ergebnisse zeigten, dass der Zersetzungszeitraum f\u00fcr die biologisch abbaubaren Folienl\u00e4nger andauert als durch beschleunigte Klimaschranktests zun\u00e4chst erwartet. Ein vollst\u00e4ndiger Abbau dieser Folien konnte bis zum Versuchsende (6 Monate) jedoch nicht beobachtet werden. Die PE Folie zeigte keine ma\u00dfgeblichen Ver\u00e4nderungen. <\/p>\n\n\n\n

Um das Transport- und Abbauverhalten der Polymere im Boden zu analysieren, synthetisierten die Forschenden PE und PLA\/PBAT mit einer 14<\/sup>C-radioaktiven Markierung, Dieses wurden in den Oberboden eingebracht und der Transport mithilfe einer Lysimeterstudie untersucht. Unter realistischen Feldbedingungen konnten nach 24 Monaten weder ein Transport beider Polymere, noch ein signifikanter Abbau des biologisch abbaubaren Polymers oder, eine Aufnahme beider Polymere oder ihrer Abbauprodukte in Pflanzen nachgewiesen werden. <\/p>\n\n\n\n

Auch Adsorptionsversuche mit dem Schwermetall Kupfer und drei Pestiziden zeigten keine signifikante Adsorption. Lediglich f\u00fcr das Pestizid Tebuconazol ermittelten die Tests eine geringe Adsorption im Fall der biologisch abbaubaren Folien.<\/p>\n\n\n\n

Durchgef\u00fchrte Toxizit\u00e4tsuntersuchungen ermittelten keine negativen Effekte f\u00fcr Bodenorganismen im Rahmen von Reproduktionstests. Untersuchung der Effekte auf aquatische Organismen wiesen hingegen einen endokrinen Effekt f\u00fcr beide Folientypen in in vitro<\/em> Tests nach, wobei im Klimaschrank gealterten Folien einen geringeren Effekt zeigten. Auch Unterschiede der Effektst\u00e4rke zwischen den Folientypen wurden nicht nachgewiesen. <\/p>\n\n\n\n

\"Selbst
Abbildung 2: selbst hergestelltes 14C markiertes Ausgangsmaterial wurde auf die Lysimeter appliziert und in den Boden eingearbeitet. Anschlie\u00dfend wurden Pflanzen auf den Lysimetern angepflanzt. Der Untersuchungen wurden f\u00fcr 24 Monate durchgef\u00fchrt und der Transport im Lysimeter als auch eine Aufnahme in die Pflanzen untersucht.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Entwicklung geeigneter Messmethoden zur Bestimmung der Konzentration, Partikelgr\u00f6\u00dfe, Typus und Form verschiedener Polymere in Boden\u00f6kosystemen<\/h3>\n\n\n\n

Um die Proben hinreichend untersuchen zu k\u00f6nnen, entwickelten die Forschenden in einem ersten Schritt zun\u00e4chst eine geeignete Detektionsmethodik. Diese umfasste die Etablierung und Validierung der Probenvorbereitungs-, Analyse- und Auswertemethode f\u00fcr die TED-GC-MS und eine geeignete Probenvorbereitungs- und Analysemethode f\u00fcr die RAMAN-Spektroskopie. Diese erm\u00f6glichte eine anschlie\u00dfende Bestimmung der Konzentration, Gr\u00f6\u00dfenverteilung, Morphologie und des Typus von Polymeren in B\u00f6den. <\/p>\n\n\n\n

Mithilfe der etablierten TED-GC-MS-Methode, untersuchte das Team verschiedene Bodenproben aus bekannten Bewirtschaftungsformen. Angenommen wurde, dass unterschiedliche Bewirtschaftungsformen, wie beispielsweise die Bewirtschaftung mit und ohne Mulchfolie sowie mit biologisch abbaubaren Mulchfolien und konventionellen Spargelfolien, zu unterschiedlichen Konzentrationen von PE bzw. PLA\/PBAT in B\u00f6den f\u00fchrt. Die im Rahmen von iMulch durchgef\u00fchrte Messungen konnten diese These nicht best\u00e4tigen. Unabh\u00e4ngig der Bewirtschaftungsform zeigten sieben der zehn untersuchten B\u00f6den PE Konzentrationen < 1\u00b5g\/g , die anderen drei Konzentrationen zwischen 4,4 und 9,7 \u00b5g\/g. In f\u00fcnf der 10 B\u00f6den konnten geringe Mengen PLA\/PBAT nachgewiesen werden, die Werte lagen zwischen 0,3 und 2,6 \u00b5g\/g Boden, f\u00fcr die anderen B\u00f6den lag die Konzentration unterhalb der Bestimmungsgrenze von 0,1 \u00b5g\/g. <\/p>\n\n\n\n

Aussagen zur Material- und Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung mithilfe der RAMAN- Spektroskopie<\/h3>\n\n\n\n

Um auch Aussagen der Partikelgr\u00f6\u00dfe und Partikelform treffen zu k\u00f6nnen wurde ebenfalls eine Methode f\u00fcr die RAMAN-Spektroskopie entwickelt. Der Arbeitsablauf konnte (teil)automatisiert werden, sodass neben der Partikelidentifikation Aussagen \u00fcber die Material- und Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung sowie die Partikelform getroffen werden konnten. Die Untersuchungen wiesen in allen untersuchten Bodenproben geringe Mengen an Mikroplastik unterschiedlicher Spezies nach. Ein (zeitlich) limitierender Faktor beim Einsatz dieser Messtechnik bestand jedoch in der hohen Matrixbelastung der Bodenproben. Zwar konnte die Matrixabtrennung im Rahmen der Projektarbeiten deutlich verbessert werden, dennoch stellt die hohe Heterogenit\u00e4t terrestrischer Bodenmatrizen weiterhin ein gro\u00dfes Problem dar. Neben einem Kunststoffpartikel befinden sich in den aufbereiteten Proben mehr als 200 weitere Bodenmatrixpartikel. Im Umkehrschluss m\u00fcssen somit 200 Partikel RAMAN-spektroskopisch betrachtet werden, um einen Kunststoffpartikel zu finden. Ein wirtschaftlicher Einsatz der RAMAN-Spektroskopie erfordert daher eine Steigerung der Effizienz der Probenvorbereitung.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

\"Ablauf
Abbildung 3: Ablauf der Probenvorbereitung f\u00fcr die zwei in iMulch eingesetzten Analyseverfahren (Thermo Extraktions Desorptions Gas Chromatographie Massenspektrometrie (TED-GC-MS) und Raman-Spektroskopie).  <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

\u00d6kobilanzielle Betrachtung von PE- und bio-abbaubaren Mulchfolien mithilfe der Lebenszyklusanalyse<\/h3>\n\n\n\n

Zur \u00f6kobilanziellen Betrachtung wurde eine Lebenszyklusanalyse (LCA) durchgef\u00fchrt. Als funktionelle Einheit w\u00e4hlten die Verantwortlichen 1 ha Mulchfolie f\u00fcr den Anbau von Zucchini f\u00fcr beide Mulchfolientypen (biologisch abbaubar und konventionell, f\u00fcr eine Anbausaison). Hierzu f\u00fchrten sie eine Cradle-to-Grave-Studie durch, die alle relevanten Schritte von der Rohstoffbeschaffung bis hin zum biologischen Abbau im Boden (f\u00fcr die biologisch abbaubare Folie) bzw. das Recycling oder die Verbrennung mit Energier\u00fcckgewinnung (f\u00fcr die konventionelle Folie) umfasste. Hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den Klimawandel schnitten die herk\u00f6mmlichen PE-Mulchfolien besser ab als die biologisch abbaubaren Mulchfolien, sofern Gutschriften der energetischen und stofflichen Verwertung am Ende des Lebenszyklus ber\u00fccksichtigt wurden. Werden nur die Prozessbelastungen ber\u00fccksichtigt, so wiesen beide Mulchfolientypen eine \u00e4hnliche Bilanz auf. Einsparungspotenzial bei den Treibhausgasemissionen bestand besonders bei der Verwendung biobasierter Adipins\u00e4ure f\u00fcr die Synthese von PBAT und einer Erh\u00f6hung des Recyclinganteils der PE-Folie. <\/p>\n\n\n\n

\"Auswirkungen
Abbildung 4: Auswirkungen auf den Klimawandel der beiden Folientypen (Cradle to Grave Betrachtung).<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Mikrobielles Upcycling als zukunftsweisender Weg<\/h3>\n\n\n\n

Ein weiterer Arbeitsfokus bestand in einem m\u00f6glichen Upcycling der Folien. Im Rahmen des Projektes gelang es, biologisch abbaubare Folienfragmente durch spezielle Mikroorganismen abzubauen und neue Substanzen f\u00fcr eine m\u00f6gliche Polymerherstellung aufzubauen. Das PE konnten die Mikroorganismen hingegen nicht abbauen bzw. umwandeln. <\/p>\n\n\n\n

Empfehlungen f\u00fcr den Einsatz von Mulchfolien <\/h3>\n\n\n\n

Auf Grundlage der Versuchsergebnisse leitete das Team verschiedene Empfehlungen ab, die darauf abzielen, den Eintrag von Kunststofffolienfragmenten in die Umwelt zu reduzieren und einen Einsatz von Mulchfolien emissions\u00e4rmer zu gestalten. Generell empfehlen die Forschenden den Einsatz biologisch abbaubarer Folien. Dennoch sollte ein Nachweis der Abbaubarkeit unter realen Freilandbedingungen erg\u00e4nzend \u00fcberpr\u00fcft werden. Insbesondere beim Einsatz sehr d\u00fcnner konventioneller Folien, ist nach der Nutzung ein Fragmentverlust zu erwarten. Im Falle einer Bergung von Mulchfolien nach der Anwendung ohne Materialverlust, empfiehlt das Team die Verwendung dickerer konventioneller Mulchfolien. Zu diesem Zweck k\u00f6nnte eine minimale Untergrenze der Materialst\u00e4rke definiert werden, die zuk\u00fcnftig auf Ackerfl\u00e4chen zu nutzen ist. F\u00fcr die geborgenen Folien empfiehlt sich hingegen die Entwicklung geeigneter Recycling-Konzepte. <\/p>\n\n\n\n

Eine weitere M\u00f6glichkeit besteht in einer Erh\u00f6hung der Folienst\u00e4rke biologisch abbaubarer Folien, um diese nach der Anwendung ebenfalls vom Feld sammelbar zu gestalten. Sollten einzelne Fragmente dennoch auf den B\u00f6den verbleiben, so k\u00f6nnen diese untergepfl\u00fcgt und im Zeitablauf abgebaut werden. Eine Produktion biologisch abbaubarer Mulchfolien mit identischer Materialst\u00e4rke konventioneller Mulchfolien ist aus wirtschaftlicher Perspektive aktuell nicht durchsetzbar. F\u00fcr dieses Szenario w\u00e4ren zuk\u00fcnftig gegebenenfalls staatliche Anreize zu schaffen. <\/p>\n\n\n\n

Detaillierte Projektergebnisse stehen auf der Projekt-Website http:\/\/imulch.eu<\/a> zur Verf\u00fcgung.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Geballte Expertise f\u00fcr effektive Forschung<\/h3>\n\n\n\n

Das Vorhaben iMulch ist ein Leitmarkt.NRW-Projekt und wurde mit Mitteln aus dem Europ\u00e4ischen Fond f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) \u201eInvestitionen in Wachstum und Besch\u00e4ftigung\u201c gef\u00f6rdert. Das Konsortium des Verbundvorhabens umfasst sechs aktive Projektpartner und wurde von drei assoziierten Partnern begleitet. Neben dem Unternehmen Fischer GmbH, waren das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Molekularbiologie und Angewandte \u00d6kologie (IME), das Fraunhofer UMSICHT Institut, das nova-Institut und die RWTH Aachen mit den Instituten f\u00fcr Umweltforschung (IUF) und dem Institut f\u00fcr Angewandte Mikrobiologie (iAMB) beteiligt. Die Leitung trug das Institut f\u00fcr Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA). Als assoziierte Partner beteiligten sich das Unternehmen BASF, das Forschungsinstitut Kunststoff und Recycling (FKuR Kunststoff GmbH) und das Umweltbundesamt. Zudem bestand ein reger Austausch mit der Landwirtschaftskammer NRW.\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Kunststoffe gelangen auf direktem oder indirektem Wege auf und in B\u00f6den. Ein weit verbreitetes Einsatzbeispiel von Kunststoffen auf B\u00f6den, das zu einem direktem Kunststoffeintrag f\u00fchren kann, bilden Mulchfolien. In landwirtschaftlichen Bereichen kommen Mulchfolien auf Agrarfl\u00e4chen zum Einsatz, wo sie zur Temperatur- und Feuchteregulierung im Boden, der Verhinderung von Unkrautwachstum und Bodenerosion bei Starkregen und dem […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"iMulch untersuchte die Auswirkungen von Kunststoffen auf Organismen, Bodenfunktionen, Drainagesysteme und angrenzende Gew\u00e4sser","footnotes":""},"categories":[5572,7192],"tags":[13082,15357,13580,11567],"supplier":[2908,16219,302,983,303,8822,4,18419,18420,342],"class_list":["post-120701","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","category-novapress","tag-bioabbaubarkeit","tag-klima","tag-mulchfolien","tag-umwelt","supplier-basf-corporation-us","supplier-by-dr-bjoern-fischer","supplier-fkur-kunststoff-gmbh","supplier-fraunhofer-institut-fuer-molekularbiologie-und-angewandte-kologie-ime","supplier-fraunhofer-institut-fuer-umwelt-sicherheits-und-energietechnik-umsicht","supplier-institut-fur-energie-und-umwelttechnik-e-v-iuta","supplier-nova-institut-gmbh","supplier-rwth-aachen-institut-fuer-angewandte-mikrobiologie-iamb","supplier-rwth-aachen-institut-fuer-umweltforschung","supplier-umweltbundesamt"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/120701","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=120701"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/120701\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=120701"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=120701"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=120701"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=120701"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}