Die Definition von Mikroplastik bezieht sich im Allgemeinen auf kleine Kunststoffpartikel ab einer Größe kleiner als fünf Millimeter. Nach wie vor gibt es jedoch keine offizielle Definition oder eine vollständige Einigkeit unter Fachleuten aus Wissenschaft, Industrie oder Politik. Als Untergrenze für diese Mikroplastikpartikel in Bezug auf die Größe gelten Nanokunststoffe (Nanoplastik). Nanoplastik beschreibt Partikel in Dimensionen kleiner als 100 Nanometer, die allerdings auf Basis heutiger Analyseverfahren sehr schwer feststellbar bzw. auffindbar sind.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (Efsa) definiert beispielsweise Kunststoffpartikel ab einer Größe von 0,1 Mikrometer bis fünf Millimeter als Mikroplastik. Durch die aktuelle Berichterstattung in den Massenmedien hat sich in der Öffentlichkeit die Größenangabe „kleiner als fünf Millimeter“ in den Köpfen der Menschen verankert.

Mikroplastik ist die Gesamtheit synthetisch-hergestellter Kunststoffe kleiner 5 mm, die durch den Menschen bzw. Menschen-getriebene Prozesse in die Umwelt gelangen.

Man kennt heute weit mehr als 200 verschiedene Kunststoffarten, die jedoch wiederum in ihren Eigenschaften innerhalb der Typen einer Klasse komplett unterschiedlich sein können. Beispielsweise Polyethylen (PE). Bei PE unterscheiden Polymerchemiker zwischen den folgenden Typen LLDPE, LDPE, MDPE, HDPE, HMWPE, UMHWPE. Allesamt haben unterschiedliche Eigenschaften, werden in unterschiedlichen Prozessen hergestellt und haben unterschiedliche Anwendungsbereiche.

Wenn wir über Mikroplastik sprechen, dann sprechen wir über Kunststoffarten, die Typen, deren Produktions-, Verarbeitung- und Umwandlungsprozesse. Das werden mit einem Mal unfassbar viele verschiedene Produkte und Partikel.

Zwischen 1950 und 2015 wurden weltweit rund 8,3 Mrd. Tonnen Kunststoff hergestellt – dies ergibt etwa 1 Tonne pro Kopf der Weltbevölkerung. Die Hälfte hiervon stammt aus den letzten 13 Jahren.

Bereits bei der Herstellung von Produkten, die Kunststoff enthalten oder aus Plastik hergestellt sind, gelangen Mikroplastikpartikel in den Umweltkreislauf. Diese Form wird als primäres Mikroplastik bezeichnet. Der größte Anteil an Mikroplastikpartikel entsteht jedoch durch physikalisch-chemische Prozesse – wie Sonneneinstrahlung, Zerkleinerung durch Wind bzw. Sturm oder unter Einfluss von Wasser – in der Umwelt selbst. So entsteht ein erheblicher Anteil durch Abrieb von z.B. Autoreifen, Bitumen in Asphalt, von Schuhsohlen oder bei der Wäsche von Textilien, die Kunststoffe enthalten. Auch bei der Abfallentsorgung selbst oder durch Verwehungen auf Sport- und Spielplätzen mit Kunststoffbelag gelangt Mikroplastik in die Umwelt und so in die Gewässer bzw. in unser Abwasser. Diese Form nennt man sekundäres Mikroplastik.

Eine aktuelle Studie des Fraunhofer Umsicht schätzt die Gesamtemission von Mikroplastik in Deutschland auf rund 330.000 Tonnen pro Jahr, verteilt auf 60-70% Mikroplastik, welches in der Nutzungsphase entsteht, 5-10% absichtlich verwendetes Mikroplastik und 25-30 % aus Makroplastik (Müll).

Aufgrund des immensen Drucks der globalen Öffentlichkeit, ausgelöst durch die entsprechende Berichterstattung in allen relevanten Medien, steigen natürlich auch die Anfragen bei einschlägig bekannten nationalen und internationalen Institutionen wie beispielsweise der Weltgesundheitsorganisation (WHO) oder beim Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR). Selbst die Stiftung Warentest beteiligt sich ganz aktuell an der Diskussion in Bezug auf eine mögliche Gesundheitsgefährdung durch Mikroplastik. Da es hierzu weltweit keinerlei gesicherte und verifizierte Langzeitstudien zum Thema gibt, sollte man mit pauschalen Aussagen zurückhaltender sein.

Kunststoffe sind keine Naturprodukte, sondern künstlich hergestellte Materialien. Sie werden vorwiegend aus Erdgas, Erdöl oder Kohle gewonnen und sind in den meisten Fällen nicht oder nur sehr langsam natürlich abbaubar. In Verarbeitungsprodukten werden vielen Kunststoffe teilweise giftige Zusatzstoffe wie z.B. schwermetallhaltige UV-Stabilisatoren, Bisphenol-haltige Stoffe oder Weichmacher zugesetzt, um nur einige zu nennen. Weichmacher beispielsweise gelten mittlerweile als besonders besorgniserregende Stoffe, weil sie nachweislich schädigend auf das Hormonsystem wirken und die Fortpflanzungsfähigkeit gefährden können. All diese Hilfs- und Zusatzstoffe werden bei der Verwendung und durch unsachgemäße Entsorgung freigesetzt. Diese Prozesse können sowohl in der Umwelt als auch im menschlichen Körper stattfinden, wie eine Studie des Umweltbundesamtes und der Robert-Koch-Instituts kürzlich zeigte.

Seit 2012 arbeiteten wir im Rahmen von verschiedenen Forschungsprojekten an der Universität, wo Dr. Katrin Schuhen bis Mai 2018 als Juniorprofessorin tätig war, mit Hybridkieselgelen. Den Beginn machten damals Untersuchungen dieser Materialklasse hinsichtlich der Entfernung von gelösten organisch-chemischen Verbindungen aus unserem (Ab-)Wasser (Medikamente, Medikamentenrückstände, Pestizide, uvm.). 2016 starteten wir das Projekt Wasser 3.0 PE-X.

Auf Basis des chemischen, insbesondere polymerwissenschaftlichen, Hintergrunds von Dr. Katrin Schuhen verbunden mit ihren intensiven Forschungen auf dem Gebiet der Organischen und Ökologischen Chemie, entwickelte sie mit ihrem Doktoranden Adrian Herbort ein Konzept, welches innerhalb von drei Jahren zum Verfahren „Wasser 3.0 PE-X“ weiterentwickelt wurde.

Der Beginn war eine Art „Wunschliste“, eine Ideensammlung, die die Zielsetzung von Beginn der Arbeiten an klar formulierte: Das Verfahren soll alltagstauglich, praxisorientiert, kostengünstig, effizient, im Dauerbetrieb stabil laufend und vor allem überall auf der Welt einsetzbar sein. Als i-Tüpfelchen stand auf dem Zettel, dass Mikroplastik an der Oberflächen entfernt werden sollte und nicht über einen Bodensatz.

Übergeordnet war unser Ziel, mit einem innovativen Ansatz das steigende globale Problem der Mikroplastik-Belastung in unserem Wasser und damit in unseren Nahrungsmitteln zu lösen.

Die Funktionsweise ist eine komplexe Angelegenheit, die auf physikalisch-chemischen Gesetzmäßigkeiten und Abläufen basiert und die wir uns zu Nutze machen. Zum Stand der Technik in verständlicher Form: Unter Wasser 3.0 PE-X haben wir eine neuartige Separationstechnik entwickelt, die ein Partikelwachstum – eine Zunahme des Volumens und dadurch der Größe – bei Mikroplastik auslöst. Durch diese volumenmäßige Vergrößerung kann das Mikroplastik leichter vom (Ab-)Wasser getrennt werden.

Dieses Konzept zur nachhaltigen Entfernung von Mikro- und Nanoplastik basiert auf einer Drei-Schritt-Synthese: Partikel durch eine Wasser-Analyse vor jedem Reinigungsprozess identifizieren, Partikelwachstum durch Zugabe von nicht umwelt- bzw. gesundheitsschädlichen chemischen Substanzen auslösen und abschließend die entstandenen Aggregate herausfiltern bzw. abschöpfen. Am Ende der (Ab-)Wasserreinigung steht Mikroplastik-freies Wasser.

Zusammengefasst: Wir machen aus vielen kleinen Mikroplastikpartikeln in einem Material-Technologie-Schritt wenige größere Aggregate, die auf der Oberfläche aufschwimmen und leicht entfernt werden können.

Wasser 3.0 PE-X ist überall da einsetzbar, wo die Notwendigkeit besteht, Mikroplastik aus dem (Ab-)Wasser zu entfernen, in Kläranlagen genauso wie in industriellen Prozessanlagen, in Privathaushalten oder in Meerwassernutzungsprozessen.

Unsere Lösungen machen– wie die Gewässer auch – nicht vor Grenzen halt, sondern sind auch für den internationalen Einsatz optimal geeignet. Mit dem von uns entwickelten Verfahren wird erstmals eine effiziente Entfernung von Mikroplastik möglich. Es ist skalierbar, unabhängig vom Standort oder Land adaptierbar und darüber hinaus kombinierbar, um die Belastung von Mikroplastik im Ökosystem dieser Welt zu verhindern. Jegliche Süß- und Salzwasserumgebung kann von unserem Verfahren nachhaltig profitieren. Wir entwickeln Lösungen für den weltweiten Markt.

Wir verbauen unsere komplette Technologie in mobilen Containern. Diese sind einfach installierbar, sie brauchen nicht viel Platz, die Stromkosten halten sich auch in Grenzen und der Auftraggeber braucht nur eine Zuleitung und eine Ableitung des Wassers bereitzustellen. Der Gesamtprozess ist im Vergleich zu anderen Verfahren wartungsarm, die Betriebskosten richten sich nach dem Belastungsgrad des Wassers, die Anschaffungskosten sind überschaubar.

Als Ergebnis am Ende des Gesamtprozesses erhält man sauberes Wasser, eine Sekundärstoffverwertung der Abfallprodukte und den Schutz des Klärschlamms vor Kontaminationen durch Mikroplastik, was sich ebenfalls positiv auf die Gesamtkosten auswirkt.

Das ist ein wichtiger Aspekt, der leider ein völlig falsches Bild der Realität rund um das Thema Mikroplastik in der Öffentlichkeit zeichnet. Gleich mehrere Studien haben die Fähigkeit konventioneller und innovativer Klärtechnologien untersucht, Kunststoffe aus dem (Ab-)Wasser zu entfernen. Und ja, diese Studien zeigen, dass konventionelle Klärbehandlungen einen hohen Prozentsatz – zwischen 90 und 98 Prozent – der vorhandenen Mikroplastikpartikel reduzieren können. Allerdings ist so eine konventionelle Kläranlage kein in sich geschlossener Mikrokosmos, sondern angebunden an ein öffentliches Ökosystem. Denn diese Studien vernachlässigen leider sehr oft bei der Kommunikation solch positiver Untersuchungsergebnisse, dass die meisten Mikroplastikpartikel zwar aus dem Abwasser entfernt werden, diese aber in den Klärschlamm und über die Verwendung dieses Klärschlamms z.B. als Dünger in der Landwirtschaft wiederum in das Ökosystem gelangen. Demnach kann man hier nicht von einer effizienten, nachhaltigen Entfernung von Mikroplastik sprechen, sondern von einer Verlagerung des Problems vom Wasser aufs Land und über das Land durch z.B. Regen wieder ins Wasser.

Hinzukommt und das ist ein nicht zu vernachlässigender Aspekt, dass Mikroplastik innerhalb der Kläranlage in den Becken nicht komplett absinkt, oder sich nur eindimensional verhält. Mikroplastik ist eine Mischung aus vielen unterschiedlichen Bestandteilen, einige Kunststoffe sinken ab, diese landen im Klärschlamm, andere schwimmen auf, oder halten sich in der Schwebe und werden nicht innerhalb der Reinigungsstufen entfernt, wodurch sie in die Nachklärung gelangen. Auch hier kann man nicht 100% gewährleisten, dass nicht die Partikel in die Vorflut gelangen und dann wieder ins Ökosystem gespült werden.

Was wir bei Wasser 3.0 mit der Vorschaltung einer Mikroplastik-Entfernung bezwecken, ist, dass wir den Klärschlamm schützen und gleichzeitig aufwerten. Denn wir können vorgeschaltet auch andere Schadstofffrachten entfernen und einer nachhaltigen Nutzung des Klärschlamms somit wieder eine Plattform bieten.

Genau diese Zielsetzung erreichen wir mit Wasser 3.0. Wir wollen Stoffkreisläufe schließen und nicht durch Einbahnstraßen-Aktionismus Chancen verbauen. Cradle-to-cradle statt cradle-to-grave.

Wir bei Wasser 3.0 betrachten das Thema „Wasser- und Abwasser-Reinigung“ als ganzheitlichen Prozess bzw. Beitrag zu einer nachhaltig besseren Umwelt. Deshalb beschränken wir uns natürlich nicht nur auf die Beseitigung von Mikroplastik. Wir bieten marktreife Lösungen zur Beseitigung von Pharmazeutika, Industriechemikalien, Schwermetallen, Pestiziden, Hormonen, Röntgenkontrastmittel und weiteren Schadstoffen an. Hierbei kombinieren wir unsere Verfahren auch mit bereits vorhandener Technologie, beispielweise mit Absorptionsverfahren mittels Pulveraktivkohle. Unsere Verfahren sind aufeinander abgestimmt sowie individuell auf die jeweilige (Ab-)Wasser-Qualität angepasst. So garantieren wir eine auf jede Anforderung bzw. jede Anlage zugeschnittene Lösung – singulär, in Kombination oder adaptiv.