FAQ: Mikroplastik auf einen Blick

Kunststoffe und deren Produkte bestehen aus synthetischen Polymermaterialien, die mit einer Vielzahl von Chemikalien ("Additive") gemischt werden, um ein kunststoffbasiertes Endprodukt mit, für die Funktion und Anwendung, geeigneten Eigenschaften zu erhalten.

Die einfachste Definition eines Polymers ist die Beschreibung als Makromolekül, welches aus vielen sich wiederholenden Einheiten (Monomeren) besteht. Polymere können eine zwei- (lineare) oder drei- (vernetzte) dimensionale Struktur besitzen. Polymere sind in der Natur reichlich vorhanden. Die bekanntesten natürlichen Polymere sind die Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA), die das Leben definieren. Spinnenseide, Haare und Horn sind Proteinpolymere. Stärke (Amylose/Amylopektin) hat ebenso einen polymerischen Aufbau wie Cellulose in Holz.

Der erste synthetisch hergestellte Kunststoff war Bakelit, das 1909 für Telefongehäuse und elektrische Bauteile hergestellt wurde. Die erste polymere Faser wurde 1910 herstellt, wobei das Basismolekül Cellulose bildete und als Rayon bekannt ist. Nylon wurde 1935 entdeckt, während eine synthetische Spinnenseide entwickelt wurde. Natürliche und synthetische Polymere sind Alltagshelfer, werden aber insbesondere in ihrer synthetischen Form mehr und mehr auch zum Umweltproblem, wenn sie aus ihrem Anwendungskontext entfernt werden und z. B. als Plastikmüll, Mikroplastik und/oder lösliche Polymere in die Umwelt gelangen

Es gibt rund 200 verschiedene Polymerarten, darunter bekannte Vertreter wie Polyethylen, Polypropylen oder auch Polystyrol. Diese wiederum besitzen diverseste Unterkategorien und werden zu Millionen von Produkten verarbeitet. Ihre spezifischen Funktionalitäten und anwendungsbezogenen Eigenschaften erhalten kunststoffbasierte Produkte, indem den Polymeren weitere Chemikalien ("Additive") beigemischt werden. Darunter sind zum Teil hochtoxische Stoffe wie Weichmacher, wasserabweisende per- und polyfluorierte Verbindungen oder Bisphenol-A.

Kunststoffe – umgangssprachlich auch Plastik – werden weltweit in einer breiten Palette von Konsumgütern wie Kleidung, Haushaltsgegenständen und Spielzeug verwendet. In industrieller und gewerblicher Produktion sind sie elementare Bestandteile. 2018 wurden weltweit rund 360 Mio. Tonnen Kunststoff produziert. Damit hat sich das reine Produktionsvolumen von Kunststoffen seit den 1970er Jahren weltweit versiebenfacht, Tendenz weiter massiv ansteigend.

Die vielfältige und übermäßige Verwendung von Kunststoffen verursacht hohe Mengen an Kunststoffabfällen. Obwohl ein Großteil deponiert oder in Müllverbrennungsanlagen verwertet, ein kleiner Teil auch recycelt wird, gelangen enorme Mengen über unsachgemäße und unzulängliche Entsorgung, Leckagen oder sonstige Verluste in die Umwelt.

Sobald Kunststoffpartikel mit einer Größe kleiner als 5 mm in die Umwelt (Luft - Boden - Wasser) gelangen, wird nicht mehr zwischen 200 einzelnen Kunststofftypen oder -produkten unterschieden. Die Vielzahl unterschiedlicher Polymere, inkl. damit verbundener Additive (bspw. Weichmacher, PFAS) oder anderweitig aufgenommene (Gift)Stoffe (bspw. Schwermetalle, Pestizide, Pharmazeutika), wird unter dem Begriff Mikroplastik zusammengefasst.

Mikroplastik beschreibt jedoch nur einen Bruchteil der anthropogen vorzufindenden (synthetischen) Polymere, nämlich feste Partikel. Aber auch viskose Polymere und lösliche Polymere sind hinsichtlich ihrer Umwelt- und Gesundheitsrelevanz zu berücksichtigen.

Stand heute, gibt es keine einheitliche, international anerkannte Definition von Mikroplastik.
Seit einigen Jahren werden i.d.R. Partikel und Fasern aus Kunststoff als Mikroplastik bezeichnet, wenn sie kleiner als 5 mm und größer als 1 µm sind (kleiner als 1 µm wird als Nanoplastik bezeichnet).

Manchmal wird auch eine weitere Unterteilung in großes (1 – 5 mm) und kleines Mikroplastik (<1 mm) vorgenommen.

Ab ca. 1 mm sind die Partikel mit dem bloßen Auge meist nicht mehr zu erkennen, vor allem ab einer Größe kleiner 0.3 mm.

Mikroplastik wird teilweise gezielt industriell hergestellt und wird dann als primäres Mikroplastik Typ A bezeichnet. Dazu gehören z.B. Partikel, die Haushaltsreinigern oder Kosmetika zugesetzt werden. Dabei kann es sich um kugelrundes Mikroplastik handeln, sogenannte Microbeads, oder um scharfkantige Partikel, die z.B. als Schleifmittel in Scheuermitteln, Polituren oder Peelings eingesetzt werden.

Ebenfalls als primäres Mikroplastik (Typ A) werden Pellets oder Granulate bezeichnet, die als Ausgangsmaterial für die industrielle Fertigung von Kunststoffteilen und -folien verwendet werden (z.B. bei Spritzgussverfahren oder bei der Extrusion von Folien).

Als primäres Mikroplastik Typ B werden freigesetzte Mikropartikel bezeichnet, die während der Nutzungsphase eines Produktes entstehen. Dazu gehören Fasern, die während des Waschens von Kleidungsstücken aus synthetischen Materialien freigesetzt werden und über den Abwasserstrom in aquatische Ökosysteme gelangen können. Eine weitere Quelle ist der Abrieb von Kunststoffprodukten wie z.B. Reifen, Bitumen im Asphalt, Sport- und Spielplätze, Schuhsohlen, Baustellen.

Im Gegensatz zu den beiden Typen des primären Mikroplastik handelt es sich bei sekundärem Mikroplastik um Fragmente, die erst in der Umwelt aus größeren Kunststoffteilen entstehen. Dabei spielen mechanische, chemische oder biologische Prozesse eine große Rolle. Einen wesentlichen Anteil hat dabei die UV-Strahlung, die Kunststoffe spröde und damit brüchig macht.

Mikroplastik kann über vielfältige Wege in die Umwelt - Wasser, Luft und Boden - gelangen.

Dazu zählen die unsachgemäße Entsorgung von Kunststoffmüll, da daraus die sogenannten sekundären Mikroplastikpartikel entstehen. Kunststoffe werden durch chemische, biologische oder physikalische Einflüsse in ihrer Materialbeschaffenheit verändert. Ein besonderes Problem stellt hier die lange Verweilzeit (Persistenz) von Plastik dar. Diese resultiert in einer schlechten Abbaubarkeit, was dazu führt, dass das Plastik sehr lange im Ökosystem verbleibt, mit der Zeit fragmentiert und immer kleinere Plastikpartikel (Mikroplastik) bildet, jedoch kaum abgebaut wird. Genau diese Mikroplastikfrachten finden sich vermehrt nicht nur im Wasser, sondern auch im Boden und in der Luft wieder.

Durch direkten Eintrag (primären Eintrag) gelangen z.B. Mikroplastikpartikel aus Kosmetika (Peeling, Shampoo, Zahnpasta, etc.) oder durch Waschmaschinenabrieb von Fleece-Stoffen (synthetische Fasern) ins Abwasser und somit sehr häufig in den Wasserkreislauf.

Beim Monitoring von Mikroplastik in der Umwelt fallen in der Nähe von Industriegebieten, insbesondere der Kunststoffindustrie, immer wieder erhöhte Konzentrationen in Seen, Flüssen, Ufersedimenten und an Stränden auf. Durch umfassend vernetzte Transportprozesse (Wasser, Land, Luft) und vielfältige Eintragspfade ist Mikroplastik überall in unserem Leben angekommen. In Tieren, Menschen und Lebensmitteln wurde Mikroplastik mittlerweile nachgewiesen.

Weiterhin häufen sich Nachweise von Mikroplastik in Böden. Unter anderem wurde Mikroplastik auf landwirtschaftlichen Nutzflächen sowie in Düngemitteln und Kompost nachgewiesen.

Auch in der Luft findet sich Mikroplastik. Über diesen Transportweg gelangen die kleinen und leichten Partikel auch an abgelegenere Orte der Erde (z.B. Arktisches Seeeis, Alpengletscher).

Derzeitige wissenschaftliche Daten deuten darauf hin, dass die Anzahl von Mikroplastik in der Umwelt mit abnehmender Partikelgröße stark zunimmt.

Neben einer bunten Schar von Mikroplastik, das durch Reifenabrieb und häusliches Abwasser (durch Kosmetika und Waschen von synthetischen Textilien) ins kommunale Abwasser gelangt, werden auch Partikel in die Kanalisation gespült, die von Zigarettenkippen oder Polystyrol, das für Hausdämmungen verwendet wird, stammen.

Auch Kontaktlinsen werden ein immer größeres Problem. Amerikanische Forscher haben festgestellt, dass bis zu 15 Prozent der in den USA pro Jahr verkauften 45 Mio. Kontaktlinsen über die Toilette entsorgt werden.

Ein Risikopotential für Organismen bilden die in über 50% der Kunststoffe, davon die Handelsüblichen wie z. B. Polyethylene und Polyproylene, enthaltenen potentiell als schädlich bzw. als gefährlich eingestuften additiven Inhaltsstoffe, wie Weichmacher, PFAS und andere chemische Verbindungen.

Diese sind neben den Polymeren in unterschiedlichsten Konzentrationen und Zusammensetzungen Bestandteile von Mikroplastikpartikeln. Sie werden in die Umwelt freigesetzt oder bei der Aufnahme direkt auf den Organismus übertragen.

Zusätzlich kann Mikroplastik aufgrund seines hydrophoben Charakters und des hohen Oberfläche/Volumen-Verhältnisses organische Schadstoffe wie Polyaromatische Kohlenwasserstoffe oder Polychlorierte Biphenyle sowie Schwermetalle aus der Umwelt aufnehmen, diese transportieren und bei einer Aufnahme in den Organismen wieder freisetzen. Man spricht hierbei auch von Mikroplastik als Transportvektor. Mikroplastik kann von Organismen durch die Verwechslung mit Nahrung oder nicht selektive Nahrungsaufnahme aus der Umwelt aufgenommen werden.

Das gesundheitliche Risiko wird u.a. dann höher, je kleiner die Mikroplastikpartikel sind (Nanoplastik) und je leichter sie Gewebe und Zellen durchwandern können.

Mikroplastik gelangt über die Nahrungskette oder durch Kontamination der Atemluft in den menschlichen Organismus.Mikroplastik kann von Organismen durch die Verwechslung mit Nahrung oder nicht selektive Nahrungsaufnahme aus der Umwelt aufgenommen werden.

Bei Organismen, die im Wasser leben, können besonders sehr kleine Plastikpartikel direkt über die Kiemen in den Blutkreislauf gelangen.

Die Persistenz von Mikroplastik in Kombination mit steigenden Plastik- und Mikroplastikeinträgen in die Umwelt sowie der stetige Fragmentierung von bereits in die Umwelt eingetragenem Plastik, führen zu einer immer höheren Belastung der Umwelt und somit auch der Menschen.Die Ökotoxizität von Mikroplastik hängt von deren Form, Größe und Dichte ab. Während dichtere Mikroplastikpartikel auf den Grund von Gewässern absinken, schweben solche mit geringer Dichte auf der Wasseroberfläche und können von Wirbellosen mit Nahrung vermischt werden, was oft schwerwiegende Folgen für die Organismen und ihre Räuber hat.

Die Einnahme von Mikroplastik kann zu oxidativem Stress, der zu Entzündungsreaktionen, allergischen Reaktionen oder in sehr schweren Fällen zu Krebs oder Tod führen, da Mikroplastik mehrere Organe durchdringen kann.Einige Studien zeigten, dass Barschlarven ein reduziertes Wachstum aufweisen. Das Potenzial zur Akkumulation in Raubtieren, einschließlich Fischen, Vögeln und Menschen wird als hoch eingestuft, da sie in der Nahrungskette weit oben stehen.

Damit ein Schadstoff ein Umweltrisiko darstellt, muss eine Kombination von Exposition gegenüber dem Schadstoff gefährlich sein.

Verschiedene Untersuchungen konnten bereits zahlreiche schädliche Effekte von Mikroplastik auch auf den menschlichen Organismus nachweisen. Bisher fehlen fundierte Aussagen darüber, ab welcher Aufnahmemenge ein Gesundheitsrisiko für den Menschen besteht. Dabei muss neben verschiedenen Größen der Polymerpartikel auch ihre chemische Zusammensetzung und deren Verhalten im Körper/Organismus betrachtet werden.

Es gibt zahlreiche Meldungen darüber, wo Mikroplastik bereits überall gefunden wurde. Eine Vielzahl von Studien wurde in den letzten Jahren durchgeführt, in welchen Mikroplastik in Lebensmitteln nachgewiesen wurde. Eine weit verbreitete Aussage ist, dass wir jede Woche 5mg Mikroplastik essen, trinken und atmen - das Gewicht einer Kreditkarte.

Da sich die Mikroplastikforschung bisher hauptsächlich auf das aquatische Umfeld fokussierte, finden sich in der Literatur die meisten Studien zu Belastungen von Nahrungsmitteln bei Fischen und Meeresfrüchten.

Das Mikroplastik sammelt sich vor allem im Verdauungstrakt. Daher ist die Belastung von Fischen und Meeresfrüchten, die mit Verdauungstrakt verzehrt werden, beispielsweise Muscheln oder kleinere Fische wie Sardellen oder Sardinen, als besonders problematisch anzusehen.

Die höchsten Mikroplastikkontaminationen weisen hier „filter-feeder“ wie Muscheln auf, welche zur Nahrungsaufnahme Plankton aus Wasser filtern. Dafür filtern sie große Mengen an Wasser und können nicht zwischen Plankton und Mikroplastik selektieren.

Mikroplastik wurde auch in anderen Lebensmitteln wie Meersalz, Honig, Zucker, Bier und Mineralwasser nachgewiesen.

Anmerkung: Diese Studien basieren auf unterschiedlichen Detektionsmethoden, die Ergebnisse variieren sehr stark. In den meisten Studien handelt sich zudem stets um Stichproben, sodass unbekannt bleibt, ob die Mengen konstant sind oder ob Schwankungen aufgrund von Wasseraufbereitung, Maschinerie, Prozessen, etc. oder auf Grund der Analysemethoden auftreten.

Im Organismus kann Mikroplastik verschiedene schädliche Effekte entfalten. Hierzu gehören physikalische Effekte, die sich direkt über die Wirkung der Plastikpartikel als Fremdköper im Organismus entfalten. Sowie indirekte Effekte, wenn in Mikroplastik enthaltene Additive (bspw. Weichmacher, PFAS) oder in der Umwelt aufgenommene Schadstoffe (bspw. Schwermetalle) im Organismus freigesetzt werden.

Aufgenommenes Mikroplastik kann in das Gewebe, den Blutkreislauf und somit auch in innere Organe und in Zellen von Lebewesen transportiert werden. Befinden sich die Plastikpartikel im Organismus besteht die Möglichkeit, dass sie in das Gewebe einwachsen. Es kann weiterhin zu Organ- und Zellfunktionsstörungen, beispielsweise durch das Verursachen von Entzündungen, oxidativem Stress, Schädigung der DNA oder einer Verringerung von Membranstabilitäten kommen.

Auch wenn Mikroplastikkonzentrationen häufig unter den im Labor als akut toxisch nachgewiesenen Konzentrationen liegen, kann es durch die chronische Langzeitbelastung Stress verursachen.

Da es keine direkten Untersuchungen zum Transportverhalten von Mikroplastik im Körper von Menschen gibt, wird dieses aus Versuchen mit Säugetieren abgeleitet. Die Erkenntnisse sind nicht sehr detailliert, geben jedoch einen groben Überblick.

Nach der Aufnahmen über die Nahrung wird schätzungsweise 90% des aufgenommen Mikroplastiks wieder ausgeschieden.

Entscheidender Faktor für den Transport im Säugetier ist die Größe des Partikels. Mikroplastikpartikel < 150 µm können potenziell über die Darmschleimhaut aufgenommen werden und in das Lymphsystem gelangen, Partikel < 110 µm können bereits über die Pfortader in den Blutkreislauf gelangen und Partikel < 20 µm werden über den Blutkreislauf verteilt und können von dort in die inneren Organe gelangen. Partikel < 100 nm können sogar ins Gehirn, die Geschlechtsorgane und über die Plazentaschranke in den Fötus transportiert werden.

Eingeatmetes Mikroplastik kann durch mukoziliäre Reinigung wieder ausgeschieden werden, sich jedoch auch in der Lunge festsetzen oder in die Blutbahn aufgenommen werden. Besonders lange und dünne Fasern im Größenbereich weniger µm, wie sie häufig in moderner Sportkleidung benutzt werden, setzen sich in der Lunge fest. Für Polymerpartikel < 1,1 µm konnte bereits eine Aufnahme über die Lunge in den Blutkreislauf nachgewiesen werden.

Je kleiner die Partikel sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie in den Organismus aufgenommen werden. Die Aufnahmewahrscheinlichkeit wird zusätzlich von der Hydrophobie sowie der Ladung und Funktionalisierung der Partikeloberfläche bestimmt.

Geringe Hydrophobie und negative Oberflächenladung führen zu einer höheren Aufnahme. Des Weiteren wird vermutet, dass sich durch die Anlagerung von Biomolekülen auf der Partikeloberfläche eine Proteinkorona bildet, welche das Aufnahme- und Transportverhalten im Körper ebenfalls stark beeinflusst.

Aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften (z. B. niedrige Dichte = leichtgewichtig) können Mikroplastikpartikel lange Strecken zurücklegen und verteilen sich so über Flüsse, Seen und Ozeanen über den gesamten Wasserkreislauf und reichert sich dort immer weiter an. Da die Abbauraten von diversen Kunststoffen und Mikroplastikpartikeln in wässrigen Systemen (Süß-/Salzwasser) mehr als 100 Jahre betragen wird Mikroplastik als ubiquitär und persistent eingestuft.

Das Wissen über die (Gesundheits-)Gefahren von Mikroplastikpartikeln gegenüber Mensch, Tier und Umwelt wird aus einer Reihe von Studienbereichen abgeleitet.

Hierzu gehören 1) Wirkung bei Medikamentenabgabe, 2) marine Ökotoxikologie, 3) Fragmentierung von Polymerimplantaten wie Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylen (PE), die bei Hüftprothesen verwendet werden, 4) Herzklappenimplantate, 5) Inhalationstoxikologie, 6) Nanotoxikologie und 7) orale Expositions-Nanotoxikologie.

Die vielfach verwendeten „Mikroplastikfrei“-Siegel, welche inzwischen von vielen Hersteller von Kosmetika und Waschmitteln auf ihre Produkte gedruckt werden, sollten mit Vorsicht betrachtet werden. Die Hersteller weisen mit dem Aufdruck "nur" darauf hin, dass unter den verwendeten Zutaten kein Mikroplastik ist. Sogenannte lösliche Polymere finden vielerorts weiterhin Verwendung.

Diese Substanzen gehören per Definition zwar nicht zur Gruppe Mikroplastik, sind aber den synthetischen polymeren Verbindungen zuzuordnen und somit in der Umwelt als anthropogene Stressoren zu sehen, die ebenfalls negativen Auswirkungen und schädlicher Wirkung auf Mensch, Tier und Umwelt haben können.

Ein "Mikroplastikfrei"-Siegel gibt weiterhin keine Auskunft darüber, ob im Produktionsprozess oder durch die Verpackung Mikroplastik ins Produkt geraten kann.