Kunststoffe, die in der modernen Welt allgegenwärtig sind, stellen eine zunehmende Bedrohung für die Gesundheit von Mensch und Umwelt dar. Überall auf der Welt gibt es Beweise für die Plastikverschmutzung, von Einkaufstüten in der Tiefsee bis hin zu Mikroplastik in unseren Lebensmitteln und sogar in unserem Blut.
Biologisch abbaubares Plastik
Auf der Suche nach Lösungen, um der Zunahme des Plastikmülls entgegenzuwirken, haben Wissenschaftler der University of California San Diego neue biologisch abbaubare Materialien entwickelt, die herkömmlich verwendetes Plastik ersetzen sollen. Nachdem ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern, darunter der Biologe Stephen Mayfield von der UC San Diego und die Chemiker Michael Burkart und Robert "Skip" Pomeroy, nachgewiesen haben, dass ihre Polyurethan-Schaumstoffe in Kompost an Land biologisch abbaubar sind, haben sie nun gezeigt, dass das Material auch in Meerwasser biologisch abbaubar ist. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Science of the Total Environment veröffentlicht.
Die Forscher arbeiten daran, das Problem der Plastikverschmutzung anzugehen, das inzwischen als globale Umweltkrise bezeichnet wird. Im Jahr 2010 schätzten Forscher, dass in einem einzigen Jahr 8 Milliarden Kilogramm Plastik in die Ozeane gelangen, wobei bis 2025 eine steile Zunahme prognostiziert wird. Wenn Plastikmüll ins Meer gelangt, stört er die Meeresökosysteme, wandert zu zentralen Orten und bildet Müllstrudel wie den Great Pacific Garbage Patch, der eine Fläche von mehr als 1,6 Millionen Quadratkilometern bedeckt. Diese Kunststoffe werden nicht abgebaut, sondern zerfallen in immer kleinere Partikel und werden schliesslich zu Mikroplastik, das über Jahrhunderte in der Umwelt verbleibt.
Kooperation mit tauchender Meeresbiologin
In Zusammenarbeit mit der Koautorin der Studie, Samantha Clements, einer Meeresbiologin und wissenschaftlichen Taucherin an der Scripps Institution of Oceanography, führten die Forscher der UC San Diego eine Reihe von Tests mit ihren biologisch abbaubaren Polyurethan-Materialien durch - die derzeit als Schaumstoffe in den ersten kommerziell erhältlichen biologisch abbaubaren Schuhen verwendet werden (die von einem Spin-off-Unternehmen namens Blueview verkauft werden) - und zwar am Ellen Browning Scripps Memorial Pier and Experimental Aquarium von Scripps. Der Standort des Piers bot den Wissenschaftlern den Zugang und die einmalige Gelegenheit, die Materialien im natürlichen küstennahen Ökosystem zu testen, also genau in der Umgebung, in der schädliches Plastik am wahrscheinlichsten landet.
Das Team fand heraus, dass sich eine Reihe von Meeresorganismen auf dem Polyurethanschaum ansiedelt und das Material biologisch zu den Ausgangschemikalien abbaut, die von diesen Mikroorganismen in der Meeresumwelt als Nährstoffe verbraucht werden. Die Daten der Studie deuten darauf hin, dass die Mikroorganismen, eine Mischung aus Bakterien und Pilzen, überall in der natürlichen Meeresumwelt leben.
"Unsachgemässe Entsorgung von Plastik im Meer zerfällt in Mikroplastik und ist zu einem enormen Umweltproblem geworden", sagte Mayfield, Professor an der School of Biological Sciences und Direktor des California Center for Algae Biotechnology. "Wir haben gezeigt, dass es absolut möglich ist, hochleistungsfähige Kunststoffprodukte herzustellen, die auch im Meer abgebaut werden können. Plastik sollte gar nicht erst in den Ozean gelangen, aber wenn doch, wird dieses Material zu Nahrung für Mikroorganismen und nicht zu Plastikmüll und Mikroplastik, die das Leben im Wasser schädigen.
Erste Schritte mit neuen Schuhen
Schuhe, darunter auch Flip-Flops, der beliebteste Schuh der Welt, machen einen grossen Teil des Plastikmülls aus, der in den Weltmeeren und auf Mülldeponien landet. Um ihre Polyurethan-Materialien, die in den letzten acht Jahren an der UC San Diego entwickelt wurden, umfassend zu testen und zu analysieren, wurden für die Studie Experten aus den Bereichen Biologie, Polymer- und synthetische Chemie sowie Meereswissenschaften hinzugezogen. Die Schaumstoffproben wurden der Dynamik von Gezeiten und Wellen ausgesetzt und mit Hilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie und der Rasterelektronenmikroskopie auf molekulare und physikalische Veränderungen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich das Material bereits nach vier Wochen zu zersetzen begann. Anschliessend identifizierten die Forscher Mikroorganismen aus sechs Meeresgebieten rund um San Diego, die in der Lage sind, das Polyurethanmaterial abzubauen und zu verzehren.
"Keine einzelne Disziplin kann diese universellen Umweltprobleme lösen, aber wir haben eine integrierte Lösung entwickelt, die an Land funktioniert - und von der wir jetzt wissen, dass sie auch im Meer biologisch abbaubar ist", so Mayfield. "Ich war überrascht zu sehen, wie viele Organismen sich auf diesen Schäumen im Meer ansiedeln. Es entsteht so etwas wie ein mikrobielles Riff."
Literatur
- Natasha R.Gunawan et al.; "Biodegradation of renewable polyurethane foams in marine environments occurs through depolymerization by marine microorganisms"; Science of The Total Environment; Available online 22 September 2022