Bisher gibt es keine validen Messmethoden, um die Fragen zur Menge, Art oder Auswirkung von Kunstoffen auf das Ökosystem Boden zu beantworten. Daher entwickeln Wissenschaftler des Projekts Imulch einen Prüfstand zur Untersuchung von insgesamt neun Kriterien. Dabei haben sie folgende Untersuchungskriterien entwickelt und im Prüfstand etabliert: Identifizierung, Quantifizierung, Typisierung und Morphologiebestimmung, Verwitterung, Verbreitung, Anreicherung, Verlagerung, Bodenfunktion und Ökotoxizität. Inzwischen ist es Forschern des Instituts für Energie- und Umwelttechnik, dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht und der Firma Fischer, Spezialist für Raman-Mikrospektroskopie, gelungen, die ersten drei von neun Charakterisierungsmethoden von Mikroplastik im Ökosystem Boden zu etablieren.
Zur Identifizierung, Quantifizierung und zur Typisierung von Mikroplastik in Böden haben sie zwei Methoden etabliert: die Thermoextraktions-Desorptions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TED-GC-MS) und die konfokale Raman-Mikroskopie. Mit der TED-GC-MS kann die Menge sowie der Typ eines Polymers in Böden schnell und effizient bestimmt werden. Dafür wurden zunächst drei Kunststoffarten – Polyethylen (PE), Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT) und Polylactid (PLA) – verwendet. Für die Validierung der Messmethode wurden Bodenproben mit den verschiedenen Polymeren vermischt und hinsichtlich ihrer Wiederfindungsrate analysiert. Dabei lag die Wiederfindungsrate zwischen 90 und 95 % für PLA/PBAT und 107 bis 110 % für PE, womit die TED-GC-MS erfolgreich für die Bestimmung von Polymeren in Böden im Prüfstand etabliert werden konnte.
Für Größenverteilung und Form der Partikel
Mit der Raman-Mikroskopie lassen sich ebenfalls der Polymertyp und zusätzlich noch die Größenverteilung und die Form der Partikel bestimmen. Allerdings ist für diese Form der Untersuchung der Partikel eine umfangreiche Probenvorbereitung notwendig, um störende Hintergrundpartikel wie Bodenbestandteile oder Pflanzenteile weitgehend zu entfernen. Dazu wird die Probe zunächst chemisch gereinigt und filtriert. Danach werden lichtmikroskopische Bilder der Filteroberflächen aufgenommen und eine softwarebasierte Partikelerkennung mithilfe kontrastbasierter Bildauswertung durchgeführt. Die Größenverteilung sowie die Form der Partikel lassen sich bereits aus diesen Daten erkennen. Um allerdings herauszufinden, ob es sich bei einem Partikel tatsächlich um ein Kunststoffteilchen handelt, also zur chemischen Identifizierung anhand der Molekülstruktur, werden die gefundenen Partikel einzeln angesteuert und ramanspektroskopisch untersucht. Die Kombination beider Methoden ermöglicht eine massenbasierte Quantifizierung, eine eindeutige Identifizierung und die Bestimmung der Größenverteilung der Mikroplastikpartikel.
Zudem erforscht Imulch, wie Kunststoffe im Boden verwittern, wie sich die Partikel im Boden verbreiten und welche Auswirkungen Kunststoffe auf Organismen, Bodenfunktion, Wässer aus Drainagesystemen und angrenzende Gewässer haben. Auch wird eine Ökobilanz der Umweltverträglichkeit von Folien erstellt.
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht
Osterfelder Str. 3
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