Neues Kunststoffmaterial ist sowohl im Ozean als auch an Land biologisch abbaubar


Die Plastikverschmutzung, einschließlich der großflächigen Überschwemmung von Ökosystemen und lebenden Organismen mit Mikroplastik, ist ein großes – und wachsendes – Problem. Forscher der University of California San Diego wollen dem mit einem neuen biologisch abbaubaren Material begegnen.

Bildnachweis Natasha R. Gunawan et al., (2022), Wissenschaft der gesamten Umwelt.

Die Erde ist mit Plastik übersät. Von Einkaufstüten, die Meerestiere erwürgen, bis hin zu Mikroplastik, das unsere Lebensmittel und unser Wasser durchdringt, stellen sie ein großes Umwelt- und Gesundheitsproblem dar. Angesichts unserer starken Abhängigkeit von solchen Materialien ist es leider zweifelhaft, dass Plastik in absehbarer Zeit aus der Umwelt verschwinden wird.

Da wir uns anscheinend nicht von diesem Material absetzen können, hoffen Forscher, dass ein praktischer Ersatz es uns ermöglichen kann, unsere Bedürfnisse weiterhin zu erfüllen und gleichzeitig die Welt um uns herum zu schützen. Eine von einem Team von Wissenschaftlern der University of California San Diego vorgeschlagene Lösung ist eine Form von Polyurethan-Kunststoff, der im Meerwasser natürlich abgebaut werden kann.

Lösen des Problems

„Die unsachgemäße Entsorgung von Plastik im Ozean zerfällt zu Mikroplastik und ist zu einem enormen Umweltproblem geworden“, sagte Stephen Mayfield, Professor an der School of Biological Sciences und Direktor des California Center for Algae Biotechnology und korrespondierender Autor der Abhandlung.

„Wir haben gezeigt, dass es absolut möglich ist, hochleistungsfähige Kunststoffprodukte herzustellen, die sich auch im Meer zersetzen können. Plastik sollte eigentlich gar nicht erst ins Meer gelangen, aber wenn doch, wird dieses Material zu Nahrung für Mikroorganismen und nicht zu Plastikmüll und Mikroplastik, das Wasserlebewesen schädigt.“

Millionen Tonnen Plastikmüll landen jedes Jahr im Meer und verursachen massive Störungen der Meeresökosysteme. Sie türmen sich auch in Meereswirbeln auf und bilden wahre Plastikinseln. Der Great Pacific Garbage Patch ist ein hervorragendes Beispiel für eine solche Insel und bedeckt eine Fläche von mehr als 1,6 Millionen Quadratkilometern. Da die Kunststoffmaterialien, die wir heute verwenden, nicht biologisch abbaubar sind, können diese Müllflecken Jahrhunderte überdauern und langsam in schädliche, winzige Teile – Mikroplastik – zerfallen.

Das Team zeigte zuvor, dass ein von ihnen entwickelter Polyurethanschaum in landbasierten Komposten biologisch abbaubar ist, was sein Potenzial zur Reduzierung der Plastikverschmutzung auf trockenem Land demonstriert. Jetzt ergänzen sie diese Ergebnisse, indem sie zeigen, dass es auch im Meerwasser natürlich abgebaut werden kann.

Für die Studie führte das Team eine Reihe von Tests mit den zuvor entwickelten Polyurethanmaterialien durch; Diese Materialien werden derzeit als Schaumstoffe in den ersten kommerziell erhältlichen biologisch abbaubaren Schuhen verwendet, erklärt das Team. Die Experimente wurden am Ellen Browning Scripps Memorial Pier und im Experimental Aquarium von Scripps durchgeführt, was dem Team die Möglichkeit gab, Materialien in einem natürlichen küstennahen Ökosystem zu testen. Da dies genau die Umgebung ist, in der Plastikmüll in die Ozeane gelangt, kann uns das Verhalten des Materials hier viel darüber beibringen, wie es sich im realen Gebrauch verhalten wird.

Schaumproben wurden küstennahen Meeresökosystemen ausgesetzt und mittels Infrarotspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie auf molekulare und physikalische Veränderungen verfolgt. Dabei zeigte sich, dass die Proben bereits vier Wochen nach der ersten Exposition anfingen, sich zu zersetzen.

Sie berichten, dass nach der Einführung in die Wildnis eine Vielzahl von Meeresorganismen den Polyurethanschaum besiedeln und beginnen, ihn abzubauen. Dies zersetzt das Material am Ende in seine Grundchemikalien, die dann von diesen Mikroorganismenkolonien als Nährstoffe verwendet werden. Das Team kultivierte dann die in diesen Proben lebenden Mikroorganismen, um festzustellen, welche Arten das Material abbauen konnten. Sie berichten, dass sie eine Mischung aus Bakterien und Pilzen gefunden haben, die glücklicherweise in natürlichen Meeresumgebungen weit verbreitet sind, was darauf hindeutet, dass sich die Schäume auf der ganzen Welt ähnlich verhalten werden.

„Keine einzelne Disziplin kann diese universellen Umweltprobleme angehen, aber wir haben eine integrierte Lösung entwickelt, die an Land funktioniert – und jetzt wissen wir es [it] wird auch im Meer biologisch abgebaut“, sagt Mayfield. „Ich war überrascht zu sehen, wie viele Organismen diese Schäume im Ozean besiedeln. Es wird so etwas wie ein mikrobielles Riff.“

Schuhe machen einen großen Prozentsatz des Plastikmülls aus, der in Ozeanen und Deponien landet, erklärt das Team – insbesondere Flip-Flops, die die beliebtesten Schuhe der Welt sind. Deshalb wurde ihr Material zuerst zur Herstellung von Schuhen verwendet. Die aktuellen Erkenntnisse zeigen, dass solche Flip-Flops sowohl im Wasser als auch auf der Deponie zerfallen können, was uns einer von Plastikmüll sauberen Erde einen Schritt näher bringt.

Das Papier „Der biologische Abbau erneuerbarer Polyurethanschäume in marinen Umgebungen erfolgt durch Depolymerisation durch marine Mikroorganismen“ wurde veröffentlicht veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft der gesamten Umwelt.

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