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Bodenmikroben bauen Mulch-Folien aus Polyethylen ab

Die wenige Mikrometer dünnen Kunststofffolien werden im Ackerbau eingesetzt und stellen ein Umweltproblem dar. Forscher der ETH Zürich und der Eawag zeigen Alternativen auf.

In einer interdisziplinären Studie konnten sie nachweisen, dass Bodenmikroben-Folien aus dem Kunststoff Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT) abbauen können. Die Mikroorganismen nutzen den Kohlenstoff des Polymers sowohl für ihren Energiestoffwechsel als auch für den Aufbau ihrer Biomasse. Die Forscher verwendeten in ihren Versuchen spezielles PBAT-Material, bei dessen Produktion eine bestimmte Menge an Monomeren verwendet wurden, die mit dem etwas schwereren, stabilen Kohlenstoffisotop 13C markiert waren. Dieses Isotop diente den Wissenschaftlern dazu, den Weg des Polymerkohlenstoffs während des biologischen Abbaus im Boden nachzuverfolgen. Bauen die Bodenmikroben das PBAT ab, setzen sie zwangsläufig auch den 13C-Kohlenstoff frei. Mit geeigneten Messinstrumenten lässt sich dieser schließlich sowohl in Stoffwechselprodukten wie Kohlendioxid (CO2) aus der Zellatmung der Mikroben als auch in Zellstrukturen, welche die Organismen erzeugt haben, nachweisen.

Echter biologischer Abbau

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Nach wenigen Wochen im Boden besiedelten bereits zahlreiche Mikroorganismen die Oberfläche der PBAT-Folie und hatten mit dem biologischen Abbau des Polymers begonnen (Elektronenmikroskopie-Bild: ETH Zürich/Gruppe Umweltchemie)

Biologisch abbaubare Kunststoffe unterscheiden sich fundamental von solchen, die in der Umwelt, zum Beispiel nach Sonnenbestrahlung, in kleine Plastikpartikel zerfallen, nicht aber mineralisiert werden. Bei ihrem Versuch füllten die Wissenschaftler je 60 Gramm Erde in Flaschen von einem Deziliter Volumen und setzten PBAT auf Trägermedien in das Bodenmaterial. Nach sechs Wochen untersuchten die Forscher, ob sich Mikroorganismen auf dem Polymer angesiedelt hatten. Kohlenstoffdioxid, das aus der Flasche ausströmte, analysierten sie auf seinen Anteil an Kohlenstoffisotop 13C. Den Einbau des Polymerkohlenstoffs in die Biomasse von Mikroorganismen auf der Polymeroberfläche bestimmten sie zusammen mit Forschern der Universität Wien.

Wie lange PBAT in landwirtschaftlichen Böden verbleibt, können die Forscher noch nicht voraussagen. Um den Abbau der PBAT-Folie unter Umweltbedingungen zu untersuchen, sind Langzeitstudien auf verschiedenen Böden und unter unterschiedlichen Bedingungen im Freiland nötig. Auch lassen sich die Ergebnisse nicht direkt auf andere Umweltsysteme übertragen. So ist der Bioabbau von Polymeren im Meerwasser möglicherweise deutlich langsamer, da dort andere Bedingungen vorherrschen und andere Mikroben leben.

www.ethz.ch [2]

Foto: ETH Zürich

(EU-Recycling 09/2018, Seite 29)