Makro- und Mikroplastik in unserer Umwelt welche Bedrohungen gehen von diesen aus?

Transkript

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2 1. Plastik / Kunststoffe im Alltag 2. Wirtschaftsfaktor Kunststoffe 3. Verwendung von Kunststoffen 4. Verbreitung von Kunststoffmüll 5. Was ist Makroplastik und was ist Mikroplastik? 6. Mikroplastik in unserer Umwelt 7. Gefährdung von Lebewesen (Tiere u. Menschen) durch Mikroplastik 8. Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastik in aquatischen Systemen (Flüsse, Binnenseen, Meere und Ozeane) 9. Analytische Methoden zur Identifizierung von Mikroplastikproben RAMAN-Spektroskopie 10. Lösungsansätze zur Reduzierung / Vermeidung von Plastikmüll in der Umwelt

3 1. Geschichte der Kunststoffe im Alltag

4 1. Kunststoffe im Alltag

5 1. Kunststoffe im Alltag

7 2. Kunststoffe als Wirtschaftsfaktor

8 2. Kunststoffe als Wirtschaftsfaktor

9 2. Welt- und Europa-Kunststoffproduktion

11 3. Verwendung von Kunststoffen

12 3. Verschiedene Kunststoffe für unterschiedliche Anwendung

13 3. Lebenszyklus von Kunststoffen

15 4. Verbreitung von Kunststoffmüll

19 4. Verbreitung von Kunststoffmüll im Meer

20 4. Kunststoffmüll: zukünftige Fossilien?

22 5. Makroplastik

23 5. Mikroplastik

24 5. Mikroplastik 0.5 mm 0.5 µm

25 5. Mikroplastik - Quellen

26 5. Mikroplastik Quellen

30 6. Mikroplastik in unserer Umwelt

31 6. Mikroplastik in unserer Umwelt Strände

32 6. Mikroplastik in unserer Umwelt Tiefsee

33 6. Mikroplastik in unserer Umwelt Fluch der Meere

34 6. Mikroplastik Verbreitung und Quellen im Ozean Source: GEO 08/2014

35 6. Mikroplastik Fundorte

40 7. Mikroplastik - Verbreitung in Lebewesen

41 7. Mikroplastik - Verbreitung in Lebewesen

42 7. Mikroplastik Nachweis in Lebewesen

49 7. Mikroplastik toxische Wirkung auf Lebewesen

53 7. Gefährdung durch pathogene Keime auf Mikroplastik

55 7. Gefährdung durch pathogene Keime auf Mikroplastik Wechselwirkung von Mikroplastik mit Mikroorganismen

57 7. Gefährdung durch Mikroplastik - Bioakkumulation

58 7. Gefährdung durch Mikroplastik - Zusammenfassung Verfangen (Fischernetze, Plastikinseln) Schädigung von Korallenriffen verursacht durch Makroplastik Ghost fishing Mikroplastik wird mit Nahrung verwechselt und dadurch von vielen Organismen aufgenommen (Ivar do Sul, Env. Poll. (2014)) Kuststoffe enthalten viele Zusatzstoffe, z.b. Flammschutzmittel, Weichmacher, Gleitmittel, Farbstoffe Mikroplastik adsorbiert toxische hydrophobe Stoffe (z.b. PAK, PCB, ) Mikroplastik wird mit pathogenen Mikroorganismen (Viren, Bakterien, Mikroben) in Verbindung gebracht (Zettler, Env. Sc. Tech. (2013)) source: Ivar do Sul, Env. Poll. (2014) Mikroplastik transportiert und überträgt alle diese genannten Substanzen in die tierische und menschliche Nahrungskette

60 8. Analytik - Probennahme

61 8. Analytik Verteilung von Mikroplastik im Meer

62 8. Analytik Untersuchung von Mikroplastik

63 8. Untersuchung von Mikroplastik in der Ostsee MikrOMIK - Die Rolle von Mikroplastik als Träger mikrobieller Populationen im Ökosystem Ostsee

64 8. Probennahme und Probenpräparation Martin Löder, AWI MPSS; Imhof et al Drying and manual Raman Microscopy measurements Sampling of marine sediment Martin Löder, AWI Filtration on bottletop filters (10 µm mesh size) Density separation with ZnCl 2 1,8 g/l Filtration at a 500 µm sieve Sampling with a trawl net Filtration on the final measurement filter (0,2 µm) ZnCl 2 Separation of residues of heavier particles Sample purification on the filter with SDS, Enzymes (Protease, Chitinase, Cellulase), H 2 O 2 Eliminierung von störenden organischen Biokomponenten zur Fluoreszenzvermeidung in der Raman Spektroskopie Martin Löder, AWI

66 9. Untersuchung mit bildgebender Raman Mikroskopie Bildgebende Raman-Spektroskopie: Raman Mikroskop alpha 300R+ (WITec GmbH, Ulm) Detektor: EMCCD Kamera Laser: 532 nm (3 mw) und 785 nm (100 mw) Objektiv: 20x

67 9. Untersuchung von Mikroplastik mit Raman Mikroskopie Mikroskopbild einer Mikroplastik-Modellmischung aus Polyethylen (PE) und Polystyren (PS) Mikropartikeln x 5000 µm nm laser

68 9. Untersuchung von Partikelgröße und Verteilung einer Polyethylen/Polystyren Mischung Mikroskopbild 1800 x 1560 µm 3D Bild aller PE und PS Partikel

69 9. Untersuchung von Partikelgröße und Verteilung einer Polyethylen/Polystyren Mischung Raman Spektren von Polyethylen (PE) und Polystyren (PS) PE band: 1130 cm -1 ( cm -1 ) PS band: 1000 cm -1 ( cm -1 )

70 9. Untersuchung von Partikelgröße und Verteilung einer Polyethylen/Polystyren Mischung Mikroskopbild 1800 x 1560 µm Raman Image PE particles PE: 1130 cm -1 Raman Image PS particles PS: 1000 cm -1

71 9. 3D Raman Images von PE/PS 1800 x 1560 µm PE: 1130 cm -1 PS: 1000 cm -1 PE PS

72 9. Raman Images der Verteilung von PE/PS 1800 x 1560 µm PE Bande: 1130 cm -1 PS Bande: 1000 cm -1 PE PS Polyethylene Polystyrene Matrix (wafer)

73 9. Untersuchung von Partikelgröße und Verteilung einer Polyethylen/Polystyren/Sand Mischung Mikroskopbild einer Modelmischung aus Polyethylen/Polystyren/Sand x 5000 µm

74 9. Raman Images von PE/PS/Sand Mikrokopbild 1800 x 2000 µm Raman Image PE particles PE: 1130 cm -1 Raman Image PS particles PS: 1000 cm -1 Raman Image Sand particles Sand (quartz): 470 cm -1

75 9. Raman Images der Verteilung von PE/PS/Sand 1800 x 2000 µm Sand PE PS Polyethylene Polystyrene Sand Wafer

76 9. Untersuchung einer Mikroplastikmodellprobe (1-40µm) Mikroskopbild (50x) red: PE blue PMMA Raman Image PMMA: cm -1 Raman Image PE: cm -1

77 9. Raman Spektren kommerzieller Kunststoffe LLDPE PP PS PET PC PVC PA-6 PBT PTFE EVA

78 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Nordseeprobe Probe: Küstensediment (AWI Bremen, Biologische Anstalt Helgoland (Dr. Löder, Dr. Gerdts)) Filtermaterial: Anodisc (Porengröße: 0,2 µm) Messparameter: Filtergröße: x µm Raman Image: 6000 x 4000 µm (600 x 400 Spektren = Spektren) Messzeit: 35 h

79 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Nordseeprobe Raman Image (6000 x 4000 µm): cm -1 (CH 2 /CH 3 -Schwingung) 1 2 Visualisierung potentieller Kunststoffpartikel

80 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Nordseeprobe reference 11 polypropylene 1 2 position 6 Image Spektrum Position 6 Einzelspektrum Position 6

81 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Nordseeprobe 2 reference polystyrene 1 3 position Image Spektrum Position 2 Einzelspektrum Position 2

82 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Nordseeprobe 9 reference polyethylene position 9 Image Spektrum Position 9 Einzelspektrum Position 9

83 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Ostseeprobe Partikel > 500 µm 1340 µm 2400 µm Partikel P10

84 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Ostseeprobe Partikel > 500 µm 1340 µm 2400 µm Partikel P10 Referenz PE

85 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Ostseeprobe Partikel > 500 µm 1340 µm 2400 µm Partikel P10 Referenz PE farbiges Pigment

86 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Ostseeprobe aufgearbeitete Filterprobe - Ostseewasser Automatische Einzelmessung von 60 Partikeln 1. Identifizierung, ob Kunststoffpartikel 2. Wenn Ja, welcher Kunststoff

87 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Ostseeprobe aufgearbeitete Filterprobe - Ostseewasser Partikel 6 PE Partikel 8 PP Partikel 7 Farbstoff, kein Kunststoff

88 9. Untersuchung von Mikroplastik in einer Ostseeprobe aufgearbeitete Filterprobe - Ostseewasser Partikel 10 PC Partikel 46 PE +

89 9. Zusammenfassung Raman Mikroskopie Mikroplastik kann mit Raman Mikroskopie mit einer Ortsauflösung bis 500 nm untersucht werden Nachweis von: Partikelgröße, Partikelverteilung, Art des Kunststoffes Wichtigste bisherige Resultate: Sehr breite Partikelgrößenverteilung von 500 nm bis 1 mm Häufig gefundene Mikroplastikpartikel: Polypropylen, Polyethylen, Polystyren, Polyester, Polyamid, Polycarbonat Aktuell zu lösende Probleme: Verbesserung der Probenpräparation Entfernung organischer und biologischer Substanzen auf der Oberfläche der Mikroplastikpartikel zur Reduzierung / Vermeidung von Fluoreszenz in den Raman Spektren Entwicklung von Software zur automatischen Partikel-suche, -verteilung und Identifizierung

90 10. Lösungsansätze zur Reduzierung / Vermeidung von Plastikmüll in der Umwelt Globale, internationale und nationale Initiativen zum Schutz von Flüssen, Seen und Ozeanen vor Ablagerungen Projekt MikrOMIK Projekt: Productive and Healthy Seas and Oceans (JPI OCEANS) Entwicklung einer einheitlichen Messmethodik Manuelle Reinigung von Küste, Meeresgrund, Fluss und Seebett Öffentliche Aufklärungsprogramme (Schulen) Einführung einer nachhaltigen Abfallstrategie Zero Waste Strategie Abfallreduzierung Recycling und Wiederverwendung Verantwortlichkeit der Hersteller (u.a. Rücknahme, Kennzeichnung) Stärkere Verwendung von bioabbaubaren Kunststoffen Reduzierung der Verwendung von Kunststoffen, insbesondere bei Verpackungen Pfand auf bzw. Verbot von Einwegverpackungen Verwendung von Kunststoffen nur dort, wo diese absolut notwendig sind und ein einfaches Recycling mit entsprechender Rücknahmeinfrastruktur existiert (keine Verwendung/Verbot in Kosmetika, Zahncreme, Sonnencreme, Reinigungsmitteln, etc.)

91 Vielen Dank fürs Zuhören, ich freue mich auf eine rege Diskussion Danke an: Dr. Löder, Dr. Gerdts Biologische Anstalt Helgoland des AWI f. Polar- und Meeresforschung Bremen Dr. Labrenz, Dr. Oberbeckmann Institut f. Ostseeforschung Warnemünde coastalcare.org/sections/celebrate/photo-of-the-month