Mikroplastik im Gewässer Abt. 7 Ref. 73 Janina Domogalla

Was sind Kunststoffe? hergestellt aus monomeren organischen Molekülen zu Polymeren  zu linearen, verzweigten oder vernetzten Ketten Makromolekülen Quelle: Cornelsen © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Kunststoffsorten Die am häufigsten produzierten Kunststoffe: PE Polyethylen Getränkekästen, Plastikflaschen, Plastiktüten, Plastiktuben PP Polypropylen Plastiktüten, Lebensmittelverpackungen, medizinische Produkte PVC Polyvinylchlorid Hart-PVC: Abflussrohre, Fensterprofile Weich-PVC: Bodenbeläge, Kinderspielzeug, Schläuche, Schwimmreifen PS Polystyrol Styropor, Isolierung elektr. Kabel, Verpackungen PU Polyurethan Textilfaser (Elastan), Schaumstoff PET Polyethylenterephthalat Polyesterfasern, Getränkeflaschen, Verpackungen für Kosmetika und Lebensmittel PC Polycarbonat hitzebeständiges Mikrowellengeschirr, CD-Hüllen Quelle: WDR/Planet Wissen Quelle: WDR/Planet Wissen © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Kunststoffverbrauch Die drei größten Einsatzgebiete für Kunststoffe sind: • Verpackungen (33 %) • Bauwesen (25 %), • Elektronik, Elektrotechnik (25 %) In Übereinstimmung mit der globalen Produktionsrate sind: PE PET PP PS PVC die häufigsten gefundenen Plastiksorten in unserer Umwelt (Wagner et al., 2014) © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Plastik in der Umwelt Abbauzeiten von Kunststoff liegen geschätzt bei mehreren hundert Jahren Bis heute verbleiben somit alle in die Umwelt eingebrachten Kunststoffpro-dukte als Plastikmüll. © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Makroplastik > 5mm Mikroplastik < 5mm Was ist Mikroplastik? Endstation Meer Foto: © NOAA/PIFSC Makroplastik > 5mm Mikroplastik < 5mm L-MPP: 5–1mm S-MPP: < 1mm primäres aus z.B. kosmetischen Produkten Reinigungsmitteln Fasern aus Kleidung sekundäres Zerfall von Makroplastik durch mechanische chemische biologische Einflüsse M. Browne Viele Zahnpasta-Hersteller haben den Einsatz von Mikroplastik in ihren Produkten mittlerweile beendet. Aktuell ist dem BUND kein Produkt mehr bekannt, das noch Mikroplastik enthält. © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Plastik in der Umwelt hohe Belastungen mit Kunststoff für marine Ökosysteme bereits seit längerem bekannt und gut dokumentiert Angaben zu marine Strandsedimenten: 0,21–77000 MP-Partikel/m² (Imhof et al., 2013) in den Weltmeeren treiben geschätzt: 5 Billionen Plastikteilchen mit einem Gewicht von fast 269000 t Nur ein Problem der Weltmeere oder auch der Binnengewässer? Schätzungen zufolge sind 70 bis 80 % des marinen Abfalls, der v.a. aus Plastik besteht, terrestrischen Ursprungs  zumindest teilweise Eintragung über Flüsse in die Ozeane (Rech et al., 2014) (Eriksen et al., 2014) © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Mikroplastik in Binnen- und Fließ-gewässern Beispiele für Studien: Gardasee (Imhof et al., 2013) Sedimentproben: nördl.: 1108 ± 983 MP-Partikel/m² südl.: 108 ± 55 MP-Partikel/m² Sedimentproben Rhein, Neckar, Elbe, Mosel (Wagner et al., 2014) 32 bis 64 MP-Partikel/kg Trockengewicht Genfersee, Bodensee, Neuenburgersee, Lago Maggiore, Zürichsee, Brienzersee, Rhone (BAFU, 2014) Wasseroberfläche: im Mittel ca. 0,1 MP-Partikel/m² im Mittel ca. 1000 MP-Partikel/m² Imhof et al., Current Biology aufgrund keiner standardisierten Probennahme und MP-Nachweisen  Vergleichbarkeit der Ergebnisse nur bedingt möglich © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Eintragswege für Mikroplastik Plastikmüll wird direkt oder über Windverdriftung in Flüsse und Seen eingetragen und kann dort zu Mikroplastikpartikeln zerfallen (sekundäres Mikroplastik) Industriell hergestelltes Mikroplastik (primäres Mikroplastik), z.B. aus Kosmetikprodukten oder Fasern bei Waschvorgängen von Kunststofftextilien werden bei der Abwasserreinigung nicht vollständig entfernt und gelangen somit wieder in die Gewässer  Notwendigkeit der Ermittlung der Hauptquellen  Können MP-Partikel und -Fasern auch in geklärten Abwasser nachgewiesen werden oder haben KA das Potenzial MP zurückzuhalten? Browne 2011  1.600 bis 2.000 Kunststofffasern aus einem Fleece-Kleidungsstück pro Waschgang und pro Liter Waschwasser © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Kläranlagen-Studie OOWV und NLWKN: MP in ausgewählten KA des OOWV in Niedersachsen (2014) 12 norddt. KA mittels FTIR-Spektroskopie untersucht (>10µm) geklärtes Abwasser : 86 bis 714 MP-Partikel/m³ (eine KA 8851 MP-Partikel/m³) PE > PVAL > PEST > PS > PA v.a. Partikel (50-100µm) Form meist unregelmäßig  Abrieb von Küchenutensilien (sekundäres MP) PE-Plastikkügelchen aus Peeling und Zahnpasta (primäres MP) eher selten 98 bis 1479 Fasern/m³ v.a. PEST PEST = Polyester PVAL = Polyvinylalkohol © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Auswirkungen von Makroplastik sind sichtbar und bekannt: z.B. Fische, Schildkröten, Meeressäuger, Vögel Ingestion Verfangen, Verletzungen Foto: Chris Jordan, © Courtesy of Christophe Guye Galerie © MO Dept. of Conservation © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Mögliche Auswirkungen von Mikroplastik Plastik selbst Zusatzstoffe mechanische Schädigung Z.B. Weichmacher, Farb-, Lichtschutz-, Flammschutzmittel dampfen aus, werden abgerieben oder ausgewaschen könnten toxisch sein oder hormonelle Wirkung entfalten Lechner et al. 2014 Biofilm Plastik könnte als Vektor für invasive Arten und Pathogene dienen persistent organic pollutants (POPs) Ingestion Bioakkumulation im Organismus und in der Nahrungskette chemische hydrophobe Substanzen DDT, die sich an die hydrophobe Oberfläche von MP adsorbieren  konzentrieren sich an den MP könnten somit in erhöhter Dosis von Organismen aufgenommen werden © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Auswirkungen von Mikroplastik Gefahr der Bioakkumulation und Anreicherung in der Nahrungskette Aufgrund der Größenverhältnisse der Mikroplastikpartikel  mögliche Aufnahme bei einer Vielzahl an Organismen: Planktonorganismen Muscheln van Moos et al., 2012: Miesmuschel Mytilus edulis nimmt MP (PE, 0-80µm) Nachweis im Darm und auch im Gewebe entzündliche Reaktionen Krebse Fische Vögel  Mikroplastik, Additive und POPs können über die Nahrungskette an höhere Trophieebenen weitergegeben werden Imhof et al., Current Biology © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Was wird zur Zeit untersucht? Bundesebene: „Wissenschaftliche Grundlage zur Bewertung, Überwachung und ggf. Regulierung von MP in der aquatischen Umwelt“ (UBA, BfR, BfG) „Vorkommen und biolog. Wirkung von MP in Bundeswasserstraßen“ (BfG) Bayern : LfU und Uni Bayreuth: „Eintragspfade, Vorkommen und Verteilung von MP-Partikeln in bayerischen Gewässern sowie mögliche Auswirkungen auf aquatische Organismen“ „Nachweis von MP in ausgewählten Lebensmitteln“ (LGL) BW: „Untersuchungsprogramm mit 20 Stellen an Rhein und Neckar sowie an Fließgewässern mit unterschiedlichen Abwasseranteilen und am Bodensee“ (LUBW und Uni Bayreuth) NRW: „Vorkommen von MP in Gewässern NRWs“ (LANUV und Uni Bayreuth) „Vergleichende Untersuchungen zum Einsatz von Aktivkohle im halbtechnischen Maßstab am Technikum auf der KLEM unter besonderer Berücksichtigung der Wirkung wesentlicher Prozessstufen“ (Lippeverband) © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Mikroplastik Kooperationsprojekt LfU/Uni Bayreuth Projektziele Optimierung der Nachweisverfahren Qualitative und quantitative Analysen von Mikroplastik in Umweltproben Kläranlagenausläufe Fließgewässer Seen Gewässerorganismen Untersuchungen zu möglichen Auswirkungen von Mikroplastik auf Fische, Muscheln Laborstudien Freilandstudien Fische und Muscheln als biologische Probensammler Exposition von Fischen unter standardisierten Laborbedingungen Freilandexposition © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Optimierung der Nachweisverfahren Probenahme Probenaufbereitung Identifikationsmethode visuell/mikroskopisch je kleiner die Fragmente desto unsicherer Raman bzw. FTIR-Spektroskopie: Identifikation der Plastiksorte und Menge Vereinheitlichung der Mengenangaben, Einheiten und Bezugs- größen Anzahl MP/m3 Anzahl MP/m2 Anzahl MP/kg Anzahl MP/l Gewicht MP/kg Imhof et al., 2012 FTIR (Fourier-Transform-Infrarotspektrometer) Optimierung für schnelle und sichere Identifizierung Vergleichbarkeit von Studien bezüglich Angabe der Einheit: Größe, Anzahl, Gewicht, Dichte © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Qualitative und quantitative Analysen von MP in Umweltproben Raman- und FTIR-Spektroskopie Qualitative und quantitative Analysen von MP an repräsentativen Standorten: Kläranlagenausläufe Fließgewässer Seen Wildfänge Aktueller Stand der Beprobung: Starnberger See Chiemsee TWT Mauthaus Altmühlsee Ammersee Wasseroberfläche Ufersediment Grundsediment Wasserkörper Donau Isar Altmühl Wasseroberfläche Ufersediment Grundsediment Wasserkörper KA Weißenburg KA München II gereinigte Abwasser Klärschlamm teilweise Vorfluter der schwäbischen Rezat und Isar © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Freilandstudien im Rahmen des Projektes 4. Reinigungsstufe an der Kläranlage Weißenburg Zusammenarbeit der Ref. 67, 83 und Abteilung 7 Exposition an 3 Standorten: oberhalb Kläranlage Kläranlage Ablauf unterhalb Kläranlage Rinnenexposition 28 tägige Exposition Muscheln und Regenbogenforellen Oktober bis November 2014 1 jährige Exposition von Muscheln monatliche Beprobung ab Frühjahr 2015 Schwimmkäfige © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Laborstudie Erfassung der Auswirkungen von Mikroplastik auf den Gesamtorganismus Fisch Exposition von Regenbogenforellen über 28 Tage über dotiertes Futter mit Mikroplastik-Partikeln ohne und in Verbindung mit einem Zusatzstoff © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Definiertes Untersuchungsspektrum Mögliche Auswirkungen Akkumulation der MP-Partikel im GIT? Gewebeschädigung des GIT? Stoffwechselstörungen aufgrund mangelnder Nährstoffaufnahme? Hormonelle Wirkungen? Eintritt der MP-Partikel in das Zirkulationssystem? Akkumulation in bestimmten Organsystemen? Schädigungen der Organsysteme? Ausscheidung der MP-Partikel? Endpunkte Patho-, Histopathologie spektroskopische Analyse zum Nachweis von MP-Partikeln Hämatologie Klinische Chemie Bestimmung hormoneller Konzentrationen © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Fazit MP-Belastungen im marinen Bereich seit längeren bekannt und gut dokumentiert vereinzelt zur Zeit Studien zur MP-Belastungen im limnischen Bereich  Vergleichbarkeit aufgrund unterschiedlicher Nachweisverfahren und Probenahmestrategien nur bedingt möglich Flüsse können als Eintragspfad von MP in das marine Ökosystem angesehen werden die MP-Belastung im limnischen Bereich muss untersucht werden für die Etablierung von Monitoring-Programmen: Optimierung und weltweite Vereinheitlichung der Probenahme und Analyseverfahren zum Nachweis von MP, um Untersuchungsergebnisse untereinander vergleichen zu können Verkürzung des Zeitbedarfs durch Automatisierung der Auswertung Vermeidung von MP  Verbraucherinformationen z.B. Einkaufsratgeber von BUND http://www.bund.net/mikroplastik © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit © LfU / Referat 73 / Mikroplastik / 11.02.2015