Reichelt Chemietechnik Magazin
Lange galt Mikroplastik vor allem als Bedrohung für die Meeresökosysteme – doch inzwischen rückt ein bisher unterschätzter Bereich in den Fokus: das Trinkwasser. Kleinste Kunststoffpartikel gelangen über verschiedenste Wege in Flüsse, Seen und letztendlich ins Grundwasser. Sie sind mikroskopisch klein, können Schadstoffe anlagern und unter bestimmten Bedingungen sogar den menschlichen Körper belasten. Weltweit suchen Forscher nach sicheren Nachweismethoden und effektiven Aufbereitungsverfahren. Gleichzeitig wächst das Bewusstsein dafür, dass bereits die Auswahl und Verarbeitung der Kunststoffe eine entscheidende Rolle spielen.
Warum Mikroplastik im Trinkwasser ein wachsendes Problem ist
Mikroplastik im Trinkwasser entwickelt sich zunehmend zu einer großen Bedrohung für Umwelt und Gesundheit. Kleinste Kunststoffpartikel gelangen über unterschiedliche Wege in natürliche Wasservorkommen und unter Umständen auch in das Leitungswasser. Lange Zeit lag die Verschmutzung mariner Ökosysteme im Fokus, doch aktuelle Studien zeigen, dass auch Grund- und Oberflächenwasser mit Mikroplastik belastet sein können.
Die Reinigungsstufen der Kläranlagen sind bisher nicht darauf ausgelegt, Mikroplastik zu entfernen. Winzige Partikel passieren nahezu ungehindert die Aufbereitungsstufen. Das Abwasser gelangt in Flüsse und Seen und kann schließlich auch das Grundwasser verunreinigen. Untersuchungen weisen Mikroplastik bereits in Trinkwasserproben nach, wenn auch bisher nur in geringen Mengen. Um das Risiko besser bewerten zu können, besteht zunehmender Forschungsbedarf.
Auch die Weltgesundheitsorganisation (WHO) stuft Mikroplastik im Leitungswasser als wichtiges Forschungsfeld für die Zukunft ein. Zwar liegen derzeit keine gesicherten Erkenntnisse über die Risiken für die menschliche Gesundheit vor, doch insbesondere Nanoplastik im Wasser gilt als kritisch. Diese extrem kleinen Partikel (1 – 1000 nm) sind in der Lage, Zellmembranen zu durchdringen und dabei toxische Reaktionen im Körper hervorzurufen.
Was ist Mikroplastik und wie entsteht es?
Mikroplastik bezeichnet Kunststoffpartikel < 5 mm, die für das bloße Auge nahezu unsichtbar sind. Unterschieden werden zwei Kategorien:
Primäres Mikroplastik
Primäres Mikroplastik umfasst industriell hergestellte, in Konsumgütern verwendete Kunststoffpartikel, beispielsweise Mikroperlen in Kosmetika, Polymere in Zahnpasta und Zusatzstoffe in Reinigungsmitteln. Kläranlagen können diese Partikel nicht vollständig zurückhalten, so dass sie über das Abwasser in die Umwelt gelangen.
Sekundäres Mikroplastik
Sekundäres Mikroplastik entsteht nicht beabsichtigt, wenn größere Kunststoffteile durch UV-Strahlung, Witterungseinflüsse und mechanischen Abrieb in immer kleinere Bruchteile zerfallen. Die häufigsten Quellen sind abgenutzte Autoreifen, Kunststoffverpackungen, Kunststofftextilien oder Folienreste. Auch diese Partikel können über Regenabflüsse oder unzureichend gereinigtes Abwasser in Oberflächengewässer und Grundwasser eingetragen werden.
Wie wird Mikroplastik im Wasser nachgewiesen?
Um Mikroplastik im Wasser nachweisen zu können, ist eine sorgfältige Probenvorbereitung erforderlich. Natürliche Wässer enthalten häufig störende Begleitstoffe wie Biofilme, Huminstoffe oder mineralische Partikel. Diese Bestandteile müssen vor der Mikroplastik-Analytik entfernt werden, um Mikroplastikpartikel eindeutig zu identifizieren.
Filtration
Die Wasserprobe wird zunächst über einen Membranfilter geleitet, um störende Stoffe zurückzuhalten. Bei der Probenaufbereitung ist auf kontaminationsfreie Halterungen, Filterelemente und Schlauchsysteme zu achten.
Besonders geeignet sind hierfür Materialien aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Perfluoralkoxy-Polymer (PFA).
Dichteschichtung
Mithilfe konzentrierter Salzlösungen lassen sich Kunststoffpartikel aufgrund ihrer geringen Dichte von schwereren Bestandteilen abtrennen und verbleiben an der Oberfläche. Dabei empfiehlt sich der Einsatz beständiger Glasgefäße, etwa aus Borosilikatglas.
Thermoanalytische Verfahren
Bei der Pyrolyse-Gaschromatographie mit Massenspektrometrie (Pyrolyse-GC-MS) wird die Probe stark erhitzt, sodass die Kunststoffe im Wasser in ihre chemischen Bestandteile zerfallen. Die dabei entstehenden Zersetzungsprodukte werden anschließend analysiert, wodurch sich Rückschlüsse auf die Art des Kunststoffes ziehen lassen.
Molekülspektroskopische Verfahren
Die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR-Spektroskopie) nutzt die Infrarot-Absorption von Molekülen. Dabei absorbieren verschiedene Kunststoffe das Licht unterschiedlich. Ist das Trinkwasser mit Mikroplastik belastet, entstehen charakteristische Spektren, die eine genaue Bestimmung der Kunststoffart ermöglichen.
Bei der Raman-Spektroskopie wird Laserlicht auf die Kunststoffpartikel gerichtet. Es entstehen spezifische Lichtstreuungen, die Hinweise auf die molekulare Struktur der Kunststoffe geben. Aufgrund der hohen Auflösung eignet sich diese Methode besonders für sehr kleine Mikroplastikfragmente.
Innovative Technologien zur Filtration von Mikro- und Nanoplastik
Eine vielversprechende Methode zur Entfernung von Mikro- und Nanoplastik ist die gezielte Bindung der Partikel an biologisch unbedenkliche organische Moleküle. Diese Substanzen besitzen eine hohe Affinität zu Kunststoffoberflächen und lagern sich selektiv an die Kunststoffpartikel an. Anschließend können die gebundenen Mikroplastikpartikel entweder mittels Magnetabscheidung oder Filtration aus dem Wasser entfernt werden. Dieses Verfahren ist nicht nur effizient, sondern auch umweltverträglich, da weder Chemikalien eingesetzt werden noch toxische Abbauprodukte entstehen.
Ein vergleichbarer Ansatz ist das elektrostatische Verfahren. Dabei wird die elektrische Ladung der Mikropartikel genutzt. Speziell beschichtete Membranen oder Elektroden ziehen die Partikel gezielt an und ermöglichen ihre Trennung aus dem Medium. Nachgeschaltete feinporige Filtrationseinheiten, bspw. aus gesinterten, porösen Kunststoffen, halten selbst kleinste Kunststoffpartikel zurück.
Auch moderne Keramikfilter leisten einen wichtigen Beitrag zur Entfernung von Mikro- und Nanoplastik. Diese Hochleistungsfilter verfügen über eine sehr feine Porenstruktur, mit der sie selbst kleinste Mikroplastikpartikel aus dem Wasser filtern. Die spezielle Beschaffenheit der Keramikoberfläche verhindert Ablagerungen und gewährleistet eine gleichbleibende Durchflussleistung. Auch dieses Verfahren wird ohne chemische Zusätze betrieben und stellt eine nachhaltige Lösung für die zukünftige Wasseraufbereitung dar.
Maßnahmen zur Mikroplastikvermeidung bei technischen Kunststoffen
Technische Kunststoffe sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Gleichzeitig rückt die Freisetzung von Mikroplastik zunehmend in den Fokus umweltpolitischer Diskussionen. Nicht nur die Wahl geeigneter Materialien ist entscheidend, sondern insbesondere auch die Verarbeitungsqualität.
Hochleistungskunststoffe wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyethylen (PE) bieten entscheidende Vorteile. Sie zeichnen sich durch ihre außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Hitze und mechanischer Beanspruchung aus. Die Werkstoffe werden bspw. zu Schläuchen, Schlauchverbindern und Halbzeugen wie Platten und Rohren verarbeitet.
Ein entscheidender Faktor zur Vermeidung von Mikroplastik ist die Beschaffenheit der Kunststoffoberflächen. Glatte und gleichmäßige Innenflächen tragen wesentlich dazu bei, die Freisetzung von Mikroplastikpartikeln zu reduzieren. Moderne Herstellungsverfahren wie Extrusion und Spritzguss ermöglichen eine hohe Oberflächenqualität. Durch die glatte Struktur kommt es zu deutlich weniger Reibung zwischen Medium und Material, was den mechanischen Verschleiß der Oberfläche verringert.
Ein ebenso wichtiger Faktor ist der Einsatz spannungsfreier Verbindungen. Kunststoffschläuche, Fittings und andere Verbindungselemente sollten präzise aufeinander abgestimmt sein. Dies vermeidet wirksam mechanischen Abrieb und Materialermüdung. Zudem wird dadurch nicht nur die Lebensdauer der eingesetzten Kunststoffe erhöht, sondern auch der Mikroplastikeintrag aus technischen Anlagen reduziert.
Fazit: Durch die Kombination von geeigneten Materialien und einer fachgerechten Verarbeitung lassen sich Einträge von Mikroplastik wirksam eindämmen. Dies leistet einen wichtigen Beitrag zu mehr Umweltverträglichkeit und einem nachhaltigeren Ressourceneinsatz.
Bildquellen:
Beitragsbild | © Sansert – stock.adobe.com
Mikroplastik-Partikel in Kosmetika | © Luoxi – stock.adobe.com
Mikroplastik in einer Zahnpasta | © Dantor (Diskussion) 20:55, 18 November 2013 (UTC), CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons
