27.02.2019
ForschungUmwelt

Ursprung und Auswirkungen synthetischer Polymere in der Umwelt

Teil 2: Wie kann man das Risikopotential von Mikroplastik für Mensch, Tier und Umwelt einschätzen?

  • Bild: David Dennis/ShutterstockBild: David Dennis/Shutterstock
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  • Abb. 1: Vorgehensweise bei der Ab-/Einschätzung des Risikopotentials von Mikroplastik [45].
  • Abb. 2: Maßnahmen der EU zur Förderung des Plastikrecyclings (gelb) und deren Auswirkungen (grün) [93].
  • Tab. 1: Mögliche Maßnahmen zur Verringerung der Plastikemissionen in die Umwelt [92].

Polymer ist nicht gleich Polymer und Mikroplastik bezeichnet nicht die Ganzheitlichkeit der Polymere. Auch bei Polymeren gibt es Unterschiede in den Eigenschaften und im Verhalten in der Umwelt, aber bei einem Punkt vereinen sich die Forschung und Entwicklung. Während natürliche Polymere zu großen Teilen unser Leben bereichern, haben ihre synthetischen Pendants in der Umwelt nicht nur unterstützende Funktion, sondern richten oftmals mehr Schaden als Nutzen an. Die nachfolgende, dreiteilige Statusbeschreibung beschäftigt sich mit dem Thema „Synthetische Polymere in der Umwelt“ genauer und betrachtet ihre unlöslichen (Plastik, Mikroplastik) und löslichen Vertreter.

Die Ökotoxizität von Mikroplastik hängt von deren Form, Größe und Dichte ab. Während dichtere Mikroplastikpartikel auf den Grund von Gewässern absinken, schweben solche mit geringer Dichte auf der Wasseroberfläche und können von Wirbellosen mit Nahrung vermischt werden, was oft schwerwiegende Folgen für die Organismen und ihre Räuber hat [7]. Leslie und Kollegen (2013) fanden Mikroplastik in Amphipoden, Austern und blauen Muscheln. Letztere besaßen die höchste Mikroplastik-Konzentration (105 Partikel g-1 (Trockengewicht)) [68]. Diese Ergebnisse werden durch eine Studie von Cauwenberghe und Janssen (2014) bestätigt [69]. Sie fanden Mikroplastik auch in Miesmuscheln und Austern, was darauf hindeutet, dass die Filtrierer ein hohes Risiko haben, Plastik aufzunehmen. Daneben wurde Mikroplastik auch in anderen Organismen wie z. B. Halobates, Seevögeln und Schildkröten gefunden [10,67]. Die Einnahme kann zu oxidativem Stress, der zu Entzündungsreaktionen, allergischen Reaktionen oder, in sehr schweren Fällen auch zum Tod führen, da Mikroplastik zu mehreren Organen translozieren kann [70]. Weitere Studien zeigten, dass Barschlarven ein reduziertes Wachstum aufweisen [6]. Das Potenzial zur Akkumulation in Raubtieren, einschließlich Fischen, Vögeln und Menschen wird als hoch eingestuft, da sie in der Nahrungskette weit oben stehen [8]. Die Auswirkungen auf den Menschen sind weitgehend unbekannt.
Damit ein Schadstoff ein Umweltrisiko darstellt, muss eine Kombination von Exposition gegenüber dem Schadstoff gefährlich sein (Abbildung 5) [71, 72].

Im vorherigen Artikel (erschienen in Ausgabe 9 der GIT Labor-Fachzeitschrift) wurde der aktuelle Kenntnisstand über Partikel in der Meeresumwelt, kurz für Mikroplastik, als Ganzes zusammengefasst.

Wie stellt sich die schädliche Wirkung von Mikroplastik dar?
Es ist bekannt, dass Organismen Mikroplastik absorbieren, wenn sie exponiert werden. Ebenfalls bekannt ist, dass eine Exposition in verschiedenen Lebensräumen möglich ist, einschließlich in Gewässern, die Abwasser oder behandelte Abwässer aufnehmen, in Flüssen (Partikel, die in Schwebstoffen vorkommen), in Meerwasser und in marinen Sedimenten.
Das Wissen über die (Gesundheits-)Gefahren von Plastikpartikeln gegenüber Mensch, Tier und Umwelt wird aus einer Reihe von Bereichen abgeleitet. Hierzu gehören

  • Wirkung bei Medikamentenabgabe,
  • marine Ökotoxikologie,
  • Fragmentierung von Polymerimplantaten wie Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylen (PE), die bei Hüftprothesen verwendet werden [73–75],
  • Herzklappenimplantate [76,77],
  • Inhalationstoxikologie [78],
  • Nanotoxikologie [79] und
  • orale Expositions-Nanotoxikologie [80].
  • Die Risiken von PCCP-Inhaltsstoffen auf Kunststoffbasis werden speziell von Expertengremien wie z. B. von der PCCP-Industrie finanzierten „Cosmetics Ingredient Review” bewertet [81–84].
Diese Bewertungen berücksichtigen grundsätzlich die gesamte toxikologische Literatur, wie die hier zitierten Studien, sowie Daten der PCCP-Industrie. Sie konzentrieren sich hauptsächlich auf Auswirkungen von Mikroplastik und deren Inhaltsstoffen auf die menschliche Gesundheit während der Verwendung des Produkts, das heißt, die Aufnahme von Partikeln und Inhaltsstoffen durch die Aufnahme über die Haut.
Diese Annahme führt dazu, dass ein Bestandteil oder das Polymer an sich als sicher betrachtet wird (z. B. für die dermale Anwendung), selbst wenn sie an der Tumorbildung beteiligt sind, wenn sie in den Körper implantiert werden, so wie es im Cosmetic Integredient Review 2012 beschrieben wird [86]. Normale Verwendung des Produkts führt nicht zu einer inneren Exposition für den Verbraucher, sollte das Produkt jedoch als Folge der normalen Verwendung des Produkts in die Umwelt gelangen, können Organismen auf dieses Material treffen und über andere Aufnahmewege (z. B. durch Kiemen oder Verschlucken) exponiert werden [15].
Viele dieser Bewertungen sind freiwillig, da in weiten Teilen der Welt die meisten Kosmetik- und Körperpflegebestandteile nicht reguliert sind. Es liegt an den Herstellern, kosmetische Formulierungen so zu gestalten, dass sie sicher sind. In den USA zum Beispiel benötigen die kosmetischen Produktinhaltsstoffe nicht die Zulassung der „Food and Drug Administration“ (FDA) bevor sie auf den Markt kommen [85]. Eine Ausnahme gilt bei der Verwendung von Pigmenten und Inhaltsstoffen, die medizinische Wirkungen haben und die somit als Arzneimittel angesehen werden könnten (z. B. antibakterielle Inhaltsstoffe).
Die „Cosmetics Ingredient Review“ in den USA hat Überprüfungsverfahren für ihre unabhängigen Bemühungen eingeführt, um diejenigen kosmetischen Inhaltsstoffe zu bestimmen, bei denen nach Einschätzung kompetenter Wissenschaftler eine hinreichende Sicherheit besteht, dass der Inhaltsstoff unter seinen Anwendungsbedingungen sicher ist [86].
Die EU-Kosmetik-Verordnung (EG‑VO 1223/2009) ist die strengste geltende Verordnung für Kosmetik- und Körperpflegemittel in der Welt und befasst sich jetzt auch mit Nanomaterialien als Inhaltsstoffen [87,88]. Die Stoffe in Produkten sind in der Kosmetikrichtlinie entsprechend der Toxizität bei normaler Anwendung des Produkts geregelt (nur bei dermaler Exposition). Die Umweltauswirkungen von Emissionen durch normale Produktnutzung werden bei der wissenschaftlichen und technischen Bewertung von Inhaltsstoffen nicht berücksichtigt.

Regulatorische Maßnahmen zur Verringerung des Mikroplastikeintrags
Aufgrund der hohen Belastung der Umwelt mit Plastikabfällen ist es erforderlich, Instrumentarien zur Verminderung des Eintrags festzulegen [89]. Weltweit versucht man mit einer Vielzahl von Regularien, Gesetzen und freiwilligen Selbstverpflichtungen die Belastung der Umwelt mit Kunststoffen in den Griff zu bekommen [90]. Diese können in den Bereichen der Produktion und der Entsorgung von Plastik angewandt werden. Des Weiteren kann durch die Einführung von Steuern und Abgaben auch ein verändertes Bewusstsein zur Nutzung von Plastikartikeln und damit verbunden eine Verringerung der Plastikabfallmengen und somit auch eine Verminderung der Plastikeintragsmengen in die Umwelt erreicht werden.
Auf weltweiter Ebene gelten vor allem das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEA) und die G7-Treffen als richtungsweisend hinsichtlich der Verminderung der Müllverschmutzung der Meere. Europaweit verpflichtet die Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie die Mitgliedstaaten, Maßnahmen zur Beseitigung und Verringerung der Verschmutzung der Meere zu ergreifen [91]. Auch die Richtlinie über Hafenauffangeinrichtungen für Schiffsabfälle und die Wasserrahmenrichtlinie zielen darauf ab. Im Aktionsplan der EU für die Kreislaufwirtschaft aus dem Jahr 2015 werden die in Tabelle 1 aufgeführten Optionen zur Verminderung der Eintragsmengen von Plastikabfällen in die Umwelt genannt [92].
Aus dem Aktionsplan des Jahres 2015 ging im Jahr 2018 die erste europaweite „Strategie für Kunststoffe“ der EU-Kommission hervor [93]. Hauptaugenmerk liegt auf der Verringerung der Plastikproduktion und -verwendung sowie der Wiederverwertung aller Plastikverpackungen bis zum Jahr 2030. So soll eine Verringerung der Kunststoffmengen, die in die Umwelt gelangen, erreicht werden. Jedoch sind in der Strategie kaum konkrete Maßnahmen dafür genannt. Es existiert „Eine Vision für Europas neue Kunststoffwirtschaft“, die den respektvollen Umgang mit Kunststoffen vorsieht. Dies umfasst eine intelligente, innovative und nachhaltige Kunststoffindustrie, in der Design und Produktion die Anforderungen von Wiederverwendung, Reparatur und Recycling betrachten und verbessern sollen. Daraus sollen Wachstum und Arbeitsplätze in Europa generiert werden. Die Vision umfasst die in Abbildung 2 gezeigten Kernpunkte.
Nach den neuen Plänen der EU-Kommission sollen die Kernpunkte in der Kunststoffstrategie verankert werden. Darunter fällt auch, dass bis 2030 alle Kunststoffverpackungen auf dem EU-Markt recyclingfähig sein sollen, der Verbrauch von Einwegkunststoffen reduziert wird, die absichtliche Verwendung von Mikroplastik beschränkt wird und mehr als die Hälfte der in Europa erzeugten Kunststoffabfälle recycelt werden [94]. Im Rahmen der neuen Strategie will die Europäische Union Recycling zu einem lohnenden Geschäft machen, Kunststoffabfälle reduzieren, die Vermüllung unserer Natur und damit auch der Weltmeere aufhalten, Investitionen und Innovationen vorantreiben und den Wandel in der ganzen Welt voranbringen.
Zusätzlich soll ein besseres Verständnis der Verbraucher für die Quellen und Eintragspfade von Mikroplastik geschaffen werden. Verbraucher sollen durch neue Kennzeichnungen eine Chance bekommen, auf Kunststoffe zu verzichten. Beigefügte Mikroplastikpartikel in Kosmetika und anderen Produkten werden im Rahmen von REACH verringert bzw. verboten. Auch bei bioabbaubaren Kunststoffen sollen klare Kennzeichnungen und Standards dazu beitragen, dass Verbraucher die Auswirkungen und Risiken solcher Produkte besser einschätzen können. Des Weiteren treffen Länder spezielle Regelungen im Rahmen ihrer Befugnisse. Ein Beispiel für die Umsetzung von Wirtschaftsanreizen findet sich in der in Portugal im Jahr 2015 eingeführten Plastiktütenabgabe in Höhe von 0,10 Euro pro Tüte [95]. Diese Abgabe führte innerhalb von vier Monaten zu einer Abnahme der Verwendung von Einwegplastiktüten um 74%. Eine Verminderung des Verbrauchs von Einwegplastiktüten um 90% wurde nach Einführung einer Abgabe in Irland verzeichnet. Gleichzeitig zum wirtschaftlichen Anreiz wurde hier eine Sensibilisierung der Bevölkerung erreicht und ein Anstieg der Verwendung von Mehrwegplastiktüten war zu verzeichnen [96,97].

Ausblick
Die stetig steigenden Plastik- und Mikroplastikkontamination stellt inzwischen nicht nur eine Gefahr für die Umwelt, sondern auch für den Menschen dar. Es bedarf dringend Maßnahmen zur Reduktion des Plastikeintrages. Auch Verbote besonders kritischer Plastikprodukte und Mikroplastik in Kosmetika, finanzielle Anreize wie Plastiksteuer oder Pfand auf Mehrwegprodukte, aber auch die Förderung von Recycling und Plastikalternativen sind wichtige Schritte. Um das Risiko für den Menschen besser einschätzen zu können, müssen die verschiedenen Expositionspfade aufgeklärt und das Risikopotenzial von Mikroplastik im menschlichen Körper untersucht werden. Die Gefahr von Plastik in der Umwelt wird inzwischen auch von der Politik ernstgenommen und es gibt erste Gegenmaßnahmen wie die europaweite Strategie für Kunststoffe. Jedoch reichen die aktuell durchgeführten Maßnahmen und Vorschläge in keinem Fall aus. Nicht zuletzt auch deshalb, weil oftmals keine eindeutigen Richtlinien erlassen worden sind, sondern es noch immer an genauen Vorgaben mangelt.
 

Autoren
Michael Toni Sturm1,2, Carolin Hiller1, Katrin Schuhen1
 
Zugehörigkeiten
1Wasser 3.0 / abcr GmbH, Karlsruhe, Deutschland
2Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Engler-Bunte-Institut – Teilinstitut Wasserchemie und Wassertechnologie, Karlsruhe, Deutschland, https://wasserchemie.ebi.kit.edu
 
Danksagung
Michael Sturm dankt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) für den Erhalt eines Promotionsstipendums (Aktenzeichen 80018/174).

Kontakt 
Dr. Katrin Schuhen

Wasser 3.0 / abcr GmbH
Karlsruhe, Deutschland
schuhen@wasserdreinull.de

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