{"id":98750,"date":"2021-10-14T07:35:00","date_gmt":"2021-10-14T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=98750"},"modified":"2021-10-11T15:31:33","modified_gmt":"2021-10-11T13:31:33","slug":"abbau-biobasierter-kunststoffe-im-boden","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/abbau-biobasierter-kunststoffe-im-boden\/","title":{"rendered":"Abbau biobasierter Kunststoffe im Boden"},"content":{"rendered":"\n

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\"Versuchsfl\u00e4che<\/a>
Versuchsfl\u00e4che in der GCEF (konventioneller Anbau). Die PBSA-Proben wurden in der Mitte der Parzelle platziert. Foto: Purahong \/ UFZ<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Kunststoffe, die biologisch abbaubar sind – das klingt zun\u00e4chst einmal gut. Doch wie sie im Boden abgebaut werden und welchen Einfluss der Klimawandel auf Abbauprozesse hat, dar\u00fcber ist bislang noch sehr wenig bekannt. Boden\u00f6kolog:innen des Helmholtz-Zentrums f\u00fcr Umweltforschung (UFZ) haben nun in zwei Studien gezeigt, welche Mikrobengemeinschaft f\u00fcr den Abbau zust\u00e4ndig ist, welche Rolle dabei das Klima spielt und warum biologisch abbaubare Kunststoffe durchaus problematisch sein k\u00f6nnten.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Plastik, das in B\u00f6den, Ozeane oder Binnengew\u00e4sser gelangt, schadet den dort lebenden Organismen und f\u00fchrt zu teils massiven und langfristigen St\u00f6rungen in den \u00d6kosystemen. Die Entwicklung und ein vermehrter Einsatz biologisch abbaubarer Kunststoffe r\u00fccken daher mehr und mehr in den Fokus einer \u00f6kologischeren Wirtschaft. “Doch trotz ihres positiven Images wissen wir im Grunde noch sehr wenig dar\u00fcber, wie sie im Boden wirken und wie sie abgebaut werden”, sagt Prof. Fran\u00e7ois Buscot, Boden\u00f6kologe am UFZ.<\/p>\n\n\n\n

\"Reste<\/a>
Reste der \u00fcber 240 Tage abgebauten PBSA-Folie (konventionelle Landwirtschaft \/ Zukunftsklima)
Foto: Purahong \/ UFZ<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Forscher:innen um Buscot gingen deshalb in einer k\u00fcrzlich im Fachjournal “Environmental Science and Technology”<\/em> erschienenen Studie folgenden Fragen nach: Wie schnell wird biologisch abbaubarer Kunststoff abgebaut? Welche Mikroorganismen sind beteiligt? Wie interagieren sie? Welche Bedingungen k\u00f6nnen den Abbauprozess f\u00f6rdern, welche hemmen ihn? “Wir wollten zudem wissen, wie sich die durch den Klimawandel ver\u00e4ndernden Temperaturen oder Niederschlagsmengen auf die Abbaubarkeit der Kunststoffe auswirken”, erkl\u00e4rt Dr. Witoon Purahong, ebenfalls Boden\u00f6kologe am UFZ und Erstautor der Studie. <\/p>\n\n\n\n

Dazu f\u00fchrten die Wissenschaftler:innen Versuche in der Global Change Experimental Facility (GCEF) in Bad Lauchst\u00e4dt durch, dem derzeit fl\u00e4chenm\u00e4\u00dfig gr\u00f6\u00dften Freiland-Klimaexperiment weltweit, in dem die Folgen des Klimawandels auf Landnutzung und \u00d6kosysteme untersucht werden. Im Fokus standen Mulchfolien, die in der Landwirtschaft und im Gartenbau zur Abdeckung des Bodens dienen und im Regelfall bislang aus Polyethylen (PE), einem aus fossilen Rohstoffen erzeugten Kunststoff, bestehen. Technologisch bedingt bleiben oft Reste der Folien im Boden zur\u00fcck und f\u00fchren mittelfristig zu Verunreinigungen mit Mikroplastik. Ein Umschwenken auf biologisch abbaubare Alternativen w\u00e4re hier also grunds\u00e4tzlich sehr sinnvoll. Doch hat vielleicht auch ihr Einsatz Nebenwirkungen?<\/p>\n\n\n\n

Um das herauszufinden, untersuchte das Team \u00fcber ein Jahr, wie die auf der Basis von Pflanzen hergestellte Mulchfolie PBSA (Polybutylensuccinat-Co-Adipat) auf einer landwirtschaftlich genutzten Fl\u00e4che biologisch abgebaut wird. Die Wissenschaftler:innen unterschieden zwischen heutigen Klimabedingungen und simulierten Klimabedingungen, wie sie f\u00fcr Mitteldeutschland um das Jahr 2070 prognostiziert werden. Sie ermittelten anhand moderner molekularbiologischer Methoden (Next Generation Sequencing), welche Mikrobengemeinschaft sich auf dem Kunststoff selbst und im Boden um ihn herum angesiedelt hat. <\/p>\n\n\n\n

“Wir konnten zeigen, dass bereits nach knapp einem Jahr rund 30 Prozent des PBSA abgebaut waren – das ist unter den klimatischen Bedingungen, wie sie in Deutschland derzeit herrschen, eine ganze Menge”, sagt Witoon Purahong. “Die Hauptakteure sind dabei Pilze, die durch eine vielf\u00e4ltige Bakteriengemeinschaft und einige weitere Mikroorganismen unterst\u00fctzt werden.” Darunter sind etwa Bakterien, die die Pilze mit dem im Kunststoff raren Stickstoff beliefern, oder Bakterien und Archaeen, die giftige Abbauprodukte verwerten. “Auf und um den Kunststoff herum bildet sich eine intelligente Abbau- und Verwertungsgemeinschaft – und das tats\u00e4chlich auch unter den simulierten zuk\u00fcnftigen Klimabedingungen mit \u00e4hnlicher Abbaurate”, so Purahong weiter. Das ver\u00e4nderte Klima schadet den PBSA-abbauenden Pilzen also offenbar nicht. Die Mikrobengemeinschaft um sie herum ist zwar eine etwas andere, doch das Abbauergebnis ist \u00e4hnlich. “Das ist eine wirklich gute Nachricht, mit der wir in der Form nicht gerechnet h\u00e4tten.” <\/p>\n\n\n\n

In einer weiteren Studie, die die UFZ-Forscher:innen im Fachjournal Environmental Science Europe<\/em> ver\u00f6ffentlichten, nahmen sie die Gemeinschaft der Mikroorganismen unter versch\u00e4rften Bedingungen unter die Lupe. Sie untersuchten, wie sich die Gemeinschaft ver\u00e4ndert, wenn zum einen gro\u00dfe Mengen PBSA in den Boden gelangen und zum anderen hohe Konzentrationen Stickstoffd\u00fcnger ausgebracht werden. “Durch gro\u00dfe Mengen PBSA wird die Mikrobengemeinschaft im Boden tats\u00e4chlich eine ganz andere”, sagt Doktorandin Benjawan Tanunchai und Erstautorin der Studie. Bei einer Zunahme von sechs Prozent PBSA im Boden ging die Vielfalt an Pilzarten um 45 Prozent zur\u00fcck, die der Archaeen um 13 Prozent. Die D\u00fcngung der Fl\u00e4che in Kombination mit einer hohen PBSA-Belastung f\u00fchrte sogar dazu, dass sich mit Fusarium solani ein weit verbreiteter pflanzensch\u00e4digender Pilz stark vermehrte. <\/p>\n\n\n\n

Aus beiden UFZ-Studien ergibt sich somit eine gute und eine weniger gute Nachricht: Der Kunststoff PBSA kann im Boden vergleichsweise schnell und auch unter zuk\u00fcnftigen Klimabedingungen effizient abgebaut werden. Kommt PBSA allerdings in gro\u00dfen Mengen und zusammen mit hohen Konzentrationen an stickstoffhaltigem D\u00fcnger vor, kann sich der PBSA-Abbau aufgrund einer gest\u00f6rten Mikrobengemeinschaft und dem vermehrten Vorkommen von Sch\u00e4dlingen negativ auf die landwirtschaftliche Produktion auswirken. <\/p>\n\n\n\n

“Gelangen gro\u00dfe Mengen an Kunststoff in die Umwelt, ist das nie gut – auch nicht, wenn es sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff handelt”, bilanziert Fran\u00e7ois Buscot. “Am besten w\u00e4re es, wenn wir den Plastikeintrag ganz vermeiden w\u00fcrden. Da das bislang unrealistisch ist, sollten wir deshalb zumindest \u00fcberall, wo es m\u00f6glich ist, auf biologisch abbaubare Kunststoffe setzen und unser Wissen in Bezug auf ihre Abbaubarkeit und ihre Folgen erweitern.”<\/p>\n\n\n\n

Publikationen<\/em><\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Witoon Purahong, Sara Fareed Mohamed Wahdan, Daniel Heinz, Katalee Jariyavidyanont, Chanita Sungkapreecha, Benjawan Tanunchai, Chakriya Sansupa, Dolaya Sadubsarn, Razan Alaneed, Anna Heintz-Buschart, Martin Sch\u00e4dler, Andreas Geissler, Joerg Kressler, and Fran\u00e7ois Buscot: Back to the Future: Decomposability of a Biobased and Biodegradable Plastic in Field Soil Environments and Its Microbiome under Ambient and Future Climates, ACS Environmental Science & Technology, (2021) https:\/\/doi.org\/10.1021\/acs.est.1c02695<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

Tanunchai, B., Juncheed, K., Wahdan, S.F.M. et al. Analysis of microbial populations in plastic-soil systems after exposure to high poly(butylene succinate-co-adipate) load using high-resolution molecular technique. Environ Sci Eur 33, 105 (2021). https:\/\/doi.org\/10.1186\/s12302-021-00528-5<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

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Kontakte<\/h3>\n\n\n\n

Dr. Witoon Purahong (englischsprachig) 
UFZ-Department Boden\u00f6kologie
E-Mail: witoon.purahong@ufz.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

Prof. Dr. Fran\u00e7ois Buscot 
Leiter des UFZ-Departments Boden\u00f6kologie
E-Mail: francois.buscot@ufz.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

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\u00dcber das Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung<\/h3>\n\n\n\n

Im Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung (UFZ)<\/strong> erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Ver\u00e4nderungen der Umwelt und erarbeiten L\u00f6sungsoptionen. In sechs Themenbereichen befassen sie sich mit Wasserressourcen, \u00d6kosystemen der Zukunft, Umwelt- und Biotechnologien, Chemikalien in der Umwelt, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Das UFZ besch\u00e4ftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg circa 1.100 Mitarbeitende. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.<\/p>\n\n\n\n

\u00dcber die Helmholtz-Gemeinschaft<\/h3>\n\n\n\n

Die Helmholtz-Gemeinschaft<\/strong> identi\ufb01ziert und bearbeitet gro\u00dfe und vor allem dr\u00e4ngende Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft. Ihre Aufgabe ist es, langfristige Forschungsziele von Staat und Gesellschaft zu erreichen. Damit sollen die Lebensgrundlagen der Menschen erhalten und sogar verbessert werden. Helmholtz besteht aus 19 naturwissenschaftlich-technologischen und medizinisch-biologischen Forschungszentren. <\/p>\n\n\n\n

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