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9. Februar 2023
Ausblick auf den Weltwassertag
1. März 2023
Aktuelle Insights zu den Weiterentwicklungen im Bereich der Mikroplastik-Detektion
Der Detektion von Mikroplastik kommt eine entscheidende Bedeutung zu, wenn es darum geht, das Risikopotenzial und die Eintragswege von Mikroplastik in die Umwelt zu bewerten.
Bislang existieren eine Vielzahl unterschiedlicher Probenahme- und Analysemethoden, was einen Vergleich der Ergebnisse verschiedener Studien nahezu unmöglich macht.
Eine standardisierte Detektionsmethode ist daher unerlässlich, um vergleichbare und verlässliche Daten über die Verschmutzung durch Mikroplastik zu erheben und Hotspots zu identifizieren, was für die Entwicklung und Umsetzung von aussagekräftigen Grenzwerten und verbindlichen Vorschriften von entscheidender Bedeutung ist.
Auf dem Weg zu einer neuen Methode zum Detektieren von Mikroplastik - Die Ziele: Messroutine, Kostengünstige Erfassung. Zuverlässig Datenaufzeichnung.
Unser Ziel ist der Nachweis und die Quantifizierung von Mikroplastik in Wasser in einem einfachen Prozessschritt, der eine routinemäßige und überprüfbare Überwachung des Mikroplastikgehalts und eine Prozesskontrolle der Mikroplastikentfernung ermöglicht. Wir haben hierzu ein ganzheitliches Verfahren zur Messung von Mikroplastik mit geringem Kosten- und Zeitaufwand entwickelt, das den gesamten Prozess von der Probenahme über die Probenaufbereitung bis hin zum Detektieren umfasst.
Unser standardisiertes Verfahren wurde zur Messung des Mikroplastikgehalts über einen Zeitraum von einem Jahr in der Kläranlage in Landau-Mörlheim, Deutschland, eingesetzt, um sein Potenzial zur Erhebung vergleichbarer und zuverlässiger Daten über den Mikroplastikgehalt zu ermitteln. Die Ergebnisse wurden kürzlich in MDPI Analytica veröffentlicht.
Standardisierter Detektion von Mikroplastik - ein notwendiger Schritt zur Regulierung von Mikroplastik
Die standardisierte Detektion von Mikroplastik ist unerlässlich, um das Risikopotenzial und die Transportwege von Mikroplastik in der Umwelt zu bewerten und zuverlässige Langzeitdaten über die Mikroplastikbelastung zu erhalten. Dies ist entscheidend für die Entwicklung wirksamer politischer Maßnahmen. Ohne gültige, vergleichbare Daten können keine Grenzwerte festgelegt werden, und es werden keine Vorschriften erlassen.
Bislang wird jedoch eine große Vielfalt an Probenahme- und Analysemethoden verwendet, was einen Vergleich der Ergebnisse verschiedener Studien nahezu unmöglich macht. Darüber hinaus sind die allgemein angewandten Methoden zeitaufwändig und hängen von teuren und komplexen Messgeräten ab, was den Nachweisprozess teuer macht. Der Mangel an standardisierten und erschwinglichen Methoden zur Detektion von Mikroplastik ist daher eine der größten Herausforderung in der Mikroplastik-Forschung und für die Umsetzung in der Industrie.
Wie ist der Stand der Detektion von Mikroplastik?
Die Detektion von Mikroplastik gliedert sich in drei Hauptschritte: Probenahme, Probenvorbereitung und Detektion. Aufgrund mangelnder Standardisierung können die gemessenen Werte der Mikroplastikverunreinigung von Studie zu Studie stark variieren. Abweichungen und Fehler bei der Probenentnahme können folgende Ursachen haben:
- Unterschiedliche Maschenweiten bei der Probenahme, von 1 - 500 µm,
- Potenzielle Kontamination während der Probenvorbereitung (z. B. durch Kleidung, Labortische, Luft etc.),
- Falsch-positive Ergebnisse während des Nachweises aufgrund natürlicher oder anthropogener Partikel.
Viele herkömmliche Methoden zur Detektion von Mikroplastik, wie FT-IR- und Raman-Spektroskopie mit Mikroskop, die zur chemischen Identifizierung von Mikroplastik eingesetzt werden, sind kompliziert, zeitaufwändig und teuer. Es kann zwischen einer und vier Wochen dauern, bis Analyseergebnisse vorliegen, was sie für die kontinuierliche Prozessüberwachung und -steuerung in der Wasseraufbereitung unpraktisch macht. Und da äußere Einflüsse einen großen Einfluss auf die Menge an Mikroplastik haben, die in die Kläranlagen gelangt, was zu regelmäßigen und zeitlichen Schwankungen des Mikroplastikgehalts führt, ist ein Schnelltest zum Nachweis von Mikroplastik in verschiedenen Gewässern hilfreich für eine einfache und kostengünstige Prozesskontrolle, die auch die Umwelt schützt.
Was ist unser Ansatz zur Detektion von Mikroplastik?
Unser idealer Nachweis von Mikroplastik in Wasser ist einfach, schnell und kostengünstig und ermöglicht eine regelmäßige und effiziente Überwachung und Analyse, die über Studien hinweg vergleichbar ist.
Die Fluoreszenzfärbung von Mikroplastik ist daher eine ideale Nachweismethode, da sie wenig technischen Aufwand, Zeit und Kosten erfordert.
In unserer Studie haben wir ein standardisiertes Probenahmeverfahren (Probenahme + Vorbereitung + Detektion von Mikroplastik) entwickelt und getestet, welches weniger als 45 Minuten Arbeitszeit pro Probe erfordert. Die Detektion basiert auf einem neu entwickelten Nilrot-Derivat zur verbesserten Fluoreszenzfärbung von Mikroplastik und einer automatisierten Partikelzählung, um Fehler und Verzerrungen bei der Zählung zu reduzieren. Eine kostengünstige Mikroskop-Modifikation wurde auch mit präzisen optischen Bandpassfiltern verglichen, um festzustellen, ob kostengünstige Methoden anwendbar sind.
Was waren wichtige Erkenntnisse dieser Studie?
Die Langzeitüberwachung in der Kläranlage Landau hat gezeigt, dass mit dem Probenahmeverfahren vergleichbare Ergebnisse bei einer Arbeitszeit von nur 45 Minuten pro Probe (einschließlich Probensammlung, -aufbereitung und -bestimmung) erzielt werden können.
Die Mikroplastikwerte wiesen erhebliche zeitliche Schwankungen auf und reichten von einem Mikroplastikpartikel/L bis 145 Mikroplastikpartikel/L.
Daraus ergab sich ein Durchschnitt von 572 Millionen Mikroplastikpartikeln pro Tag im Abwasser, was 209 Milliarden Mikroplastik pro Jahr entspricht.
Bei 55.000 Einwohnern im Einzugsgebiet der Kläranlage entspricht dies 10.400 Mikroplastikpartikeln pro Tag und Einwohner.
Dies bestätigt, dass Kläranlagen zwar bis zu 94 % des Mikroplastiks aus dem Wasser entfernen können, aber dennoch eine bedeutende Quelle für Mikroplastik in der Umwelt darstellen.
Im Rahmen der Studie wurde auch das Nachweisverfahren verbessert, um eine zuverlässigere Überwachung von Mikroplastik zu ermöglichen:
- Verbesserte Fluoreszenz mit einem neuen Nilrot-Derivat,
- Automatisierung der Partikelzählung,
- Vergleich eines kostengünstigen Filters, um ein kostengünstigeres Mikroplastik-Monitoring zu ermöglichen.
Warum ist diese Methode vorteilhaft und zukunftsweisend? Warum dies für Kläranlagen wichtig ist?
Immer mehr Studien weisen die zahlreichen schädlichen Auswirkungen nach, die Mikroplastik auf die Gesundheit von Menschen, Wildtieren und Ökosystemen haben können. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Hotspots oder Haupteintragswege von Mikroplastik in die Umwelt zu verstehen, zu identifizieren und sie gezielt zu entfernen. Im Rahmen unserer Studie haben wir festgestellt, dass allein aus einer mittelgroßen Kläranlage durchschnittlich 572.000 Mikroplastikpartikel pro Tag in die Umwelt gelangen; es ist daher klar, warum wir jetzt damit beginnen müssen, Mikroplastik an der Quelle zu entfernen, bevor sich die Konzentrationen in der Umwelt weiter erhöhen.
Da Kläranlagen als einer der Haupteintragsquellen bereits identifiziert wurden, schreibt die kürzlich überarbeitete Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser vor, dass die Mikroplastikkonzentrationen im Zu- und Ablauf vieler Kläranlagen überwacht werden müssen. Dazu muss eine standardisierte Nachweismethode festgelegt werden. Bislang ist die Überwachung von Mikroplastik jedoch nur ein- oder zweimal pro Jahr vorgesehen, was den großen zeitlichen Schwankungen der Mikroplastikkonzentrationen nicht gerecht wird.
Verlässliche Langzeitdaten über die Mikroplastikkonzentration sind der Schlüssel zum Verständnis des Risikopotenzials und der Eintragspfade sowie zur Festlegung wirksamer Grenzwerte und Vorschriften. Bislang wurde jedoch eine Vielzahl unterschiedlicher Analyse- und Probenahmeverfahren verwendet. Wir arbeiten daran, das zu ändern. Unsere Methode zur Detektion von Mikroplastik ist kosteneffizient, zuverlässig und einfach zu implementieren, ohne große Investitionskosten oder Schulungen. Außerdem ist sie eine praktikable Methode für Kläranlagen und industrielle Anwendungen zur kontinuierlichen Prozessüberwachung und -steuerung bei der Wasseraufbereitung, die die Einleitung von mit Mikroplastik verunreinigtem Abwasser in die Umwelt verringern würde.
Um die Entwicklung politischer Maßnahmen voranzutreiben und wirksame Grenzwerte für Mikroplastik einzuführen, benötigen wir mehr Daten aus Langzeitstudien zum Mikroplastikgehalt, eine erneute Validierung der Ergebnisse und die Standardisierung der Nachweismethoden, um die Ergebnisse verschiedener Studien vergleichen zu können. Um sicherzustellen, dass wir unsere Arbeit zur Validierung unserer Detektionsergebnisse und zur Entwicklung von Strategien zur Entfernung von Mikroplastik fortsetzen können, sind Sponsoren und Spenden notwendig und willkommen. Wenn Sie uns unterstützen möchten, können Sie dies direkt hier tun oder nehmen Sie direkt Kontakt mit uns auf.
