Fragmentierung und Abrieb von Kunststoffen durch Sedimente und Auslaugung von chemischen Zusatzstoffen – PLASTICAL

• Antragsteller: Dr. Florian Pohl
• Fachliche Zuordnung: Geologie ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532753326

Plastikmüll ist in natürlichen Ökosystemen allgegenwärtig und birgt das Potenzial für langfristige ökologische Auswirkungen. Insbesondere die Zunahme von Mikro- und Nanoplastik durch Fragmentierung und die Freisetzung chemischer Zusätze aus Kunststoffen können zu ökotoxikologischen Effekten führen. Aktuelle Forschungen zeigen, dass Plastikmüll nun integraler Bestandteil vieler natürlicher sedimentärer Systeme ist. Hier wird Plastik mit Sedimenten transportiert, abgerieben und fragmentiert. Es ist jedoch nicht klar, wie effizient diese Fragmentierungsprozesse sind und welche sedimentären Bedingungen sie begünstigen. Darüber hinaus beeinflusst die Größe von Plastikpartikeln ihr Transport- und Ablagerungsverhalten, was für die Vorhersage ihrer Anreicherung in sedimentären Systemen entscheidend ist. Die meisten Kunststoffe werden nicht in ihrer reinen Form verwendet, sondern sind mit chemischen Zusatzstoffen vermischt, um bestimmte materialspezifische Eigenschaften zu generieren (Farbe, Elastizität, Entflammbarkeit). Einige dieser Zusatzstoffe sind gesundheitsschädlich und zudem nicht fest in der Kunststoffstruktur gebunden, weshalb sie aus den Plastikpartikeln über die Zeit in die Umgebung auslaugen können. Der Auslaugungszeitraum oder die Auslaugungsrate hängen von verschiedenen Umweltbedingungen ab, sind aber auch durch die für die Auslaugung verfügbare Kunststoffoberfläche bestimmt. Mit zunehmendem Fragmentierungsgrad von Plastikpartikeln nimmt deren Auslaugungsfläche zu, was schlussendlich die Auslaugungsrate erhöht. Daher ist die Fragmentierung von Kunststoffen in der Umwelt auch wichtig, um zu verstehen, über welchen Zeitraum chemische Zusatzstoffe durch Plastikpartikel freigesetzt werden. Ziel dieses Projektes ist es, zu verstehen, wie verschiedene Kunststoffe während verschiedener Transportprozesse durch Sedimente abgerieben und fragmentiert werden. Zudem wird die Fragmentierungsrate mit der Auslaugungsrate von chemischen Zusatzstoffen verknüpft. Untersucht wird dies in Laborexperimenten, welche unter anderem in einer speziell konstruierte Strömungsrinne stattfinden, um die Fragmentierungsrate unter bestimmten Strömungsprozessen zu simulieren und diese mit der Auslaugungsrate chemischer Zusatzstoffe zu vergleichen. Die Ergebnisse werden verglichen und verifiziert mit Feldstudien, die die Oberflächen von Mikroplastikpartikeln aus Rhein und Elbe auf charakteristische Abriebspuren und chemische Oberflächenveränderungen durch Auslaugungsprozesse untersuchen. Transport, Verteilung und Ablagerung von Mikroplastik in tiefmarinen Canyonsystemen werden in skalierten physikalischen Experimenten in einem Versuchsbecken (11 x 6m) simuliert. Zuletzt werden tiefmarine Sedimente von drei tiefmarinen Canyonsystemen (Congo, Bengal, Gioia) auf insgesamt drei Forschungsfahrten hinsichtlich Mikroplastikkonzentrationen und Partikelgrößenverteilungen, sowie auf aus dem Plastik ausgelaugte chemische Zusatzstoffe untersucht.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen