Mikroplastik im Trinkwasser gefunden

Mikroplastik wird häufig mit einer Größe zwischen 0,1 und 5000 µm (Mikrometer) definiert – also zwischen der Größe des SARS-CoV-2-Virus und dem Durchmesser eines typischen Trinkhalms -, obwohl es keine einheitliche Definition gibt. Sie können in Form, Größe und chemischer Zusammensetzung stark variieren, wie diese vergleichbaren Gegenstände zeigen.

Polyethylen (PE), Polybutylensuccinat (PBS) und Polyvinylchlorid (PVC) sind die am häufigsten vorkommenden Mikroplastiks. Sie werden entweder als primäres oder sekundäres Mikroplastik eingestuft. Primäres Mikroplastik wird mit einer Größe von weniger als 5000 µm (5 mm) hergestellt und hauptsächlich als industrielles Schleifmittel oder in Kosmetika verwendet. Sie machen weniger als 0,1 % der gesamten Kunststoffproduktion aus, wie die Europäische Chemikalienagentur (2019) und Plastics Europe (2018) berichten.

Sekundäres Mikroplastik entsteht durch das Zerbrechen größerer Teile, wenn diese der UV-Strahlung (der Sonne), hohen Temperaturen und der Verwitterung in der Umwelt ausgesetzt sind. Dies wurde 2014 in unabhängigen Studien von Professor Johnny Gasperi von der Universität Paris-Est in Créteil und von Professor David Morritt von der School of Biological Sciences der Royal Holloway University of London bestätigt. Diese Infografik zeigt die verschiedenen Wege, auf denen Mikroplastik in die Umwelt gelangt, und wurde vom Team der chinesischen Northwest University im Rahmen des iGEM-Wettbewerbs für synthetische Biologie erstellt.

Mikroplastik im Wasser kann die Gesundheit von Tieren und Menschen bedrohen, indem es in die Nahrungskette gelangt oder konzentrierte Schadstoffe in aquatische Umgebungen transportiert. Professor Cinzia Corinaldesi, Umweltwissenschaftlerin an der Polytechnischen Universität der Marken in Italien, untersuchte die schädlichen biologischen Auswirkungen von Mikroplastik auf Korallen. Dieses Mikroplastik verursachte Gewebeabschürfungen, die zu bakteriellen Infektionen führten, die Schleimproduktion beeinträchtigten und sogar zum Tod führen konnten. Die Korallen, die hohen Konzentrationen von Mikroplastik ausgesetzt waren, wiesen nach einem Zeitraum von 14 Tagen Gewebeschäden auf, die 6,5 Mal so hoch waren wie die von Korallen, die keinem Mikroplastik ausgesetzt waren oder geringe Konzentrationen von Mikroplastik aufgenommen hatten.

Andere zitierte Studien zeigten negative Auswirkungen auf molekularer, zellulärer und Populationsebene auf Fische, größere Meerestiere und Plankton. Es wurden Störungen der genetischen Funktionen, der Fortpflanzung und der Ernährung festgestellt.

Für den Menschen kann das Trinken von Wasser, das Mikroplastik enthält, oder der Verzehr von kontaminierten Meeresfrüchten gesundheitliche Gefahren mit sich bringen, auch wenn die Debatte darüber noch nicht abgeschlossen ist. So hat die Woods Hole Oceanographic Institution herausgefunden, dass bestimmtes Mikroplastik im Wasser, wie z. B. polychlorierte Biphenyle (PCB), mit Krebs in Verbindung gebracht wird.

Eine detaillierte Überprüfung früherer Studien, die von Claudia Campanale und anderen am Wasserforschungsinstitut des italienischen Nationalen Forschungsrats verfasst wurde, ergab, dass Mikroplastik unter 10 Mikrometer in die Flüssigkeit um das Gehirn und andere Organe wie Leber, Nieren und Plazenta gelangen kann.

Da es sich um ein relativ neues Forschungsgebiet handelt, besteht Ungewissheit darüber, inwieweit Mikroplastik der menschlichen Gesundheit schadet. Die jüngsten Forschungsergebnisse der Weltgesundheitsorganisation (WHO) deuten darauf hin, dass viele Studien die gesundheitlichen Auswirkungen auf den Menschen möglicherweise überschätzen und dass Mikroplastik im Wasser wahrscheinlich nur minimale Auswirkungen hat, wenn es in Wasseraufbereitungsanlagen ordnungsgemäß herausgefiltert wird.

Die Auswirkungen und die Wege, die Mikroplastik im Körper nehmen könnte, sind nicht gut bekannt. Weitere Forschungen über mögliche schädliche Auswirkungen auf Mensch und Umwelt sind von entscheidender Bedeutung. Wie in diesem Schaubild dargestellt, prognostiziert ein Risikobewertungsbericht der Europäischen Chemikalienagentur für 2020, dass die europäischen Emissionen von Mikroplastik 1,6 Millionen Tonnen pro Jahr übersteigen könnten, wenn die vorgeschlagenen Beschränkungen nicht umgesetzt werden.

Welche Wassertypen enthalten Mikroplastik?

Es gibt fünf Hauptgewässertypen, die Mikroplastik enthalten.

• Leitungswasser
• Wasser in Flaschen (Trinkwasser)
• Meerwasser
• Abwässer
• Arktisches Wasser

Jede Art von Mikroplastik hat ihre eigenen Probleme.

1. Leitungswasser

Leitungswasser wird aus dem Wasserversorgungssystem einer lokalen Behörde bezogen und ist in privaten und öffentlichen Gebäuden sowie in einigen Außenbereichen verfügbar. Es kann aus jeder verfügbaren Quelle stammen, einschließlich Grundwasserleitern, Reservoirs, Seen, Flüssen oder entsalztem Meerwasser. Natürliche Quellen haben in der Regel eine höhere Ausgangsqualität, aber alle Quellen werden in der Regel in gewissem Maße gefiltert und aufbereitet, bevor sie in das System für den allgemeinen Gebrauch gelangen.

Wie viel Mikroplastik ist im Leitungswasser? In einer Überprüfung wissenschaftlicher Studien durch Professor Albert A. Koelmans von der Universität Wageningen in den Niederlanden wurde festgestellt, dass Leitungswasserproben zwischen 0,1 und 100 Tausend Mikroplastikpartikel pro tausend Liter enthalten.

Diese enorme Bandbreite lässt sich nur schwer verallgemeinern, aber die Menge des in einem Gebiet hergestellten und verwendeten Kunststoffs ist wahrscheinlich ein wichtiger Faktor für die Mikroplastikkonzentration. Gleiches gilt für potenzielle Transportwege in ein Gebiet, wie z. B. Flüsse. Sobald Mikroplastik in die Natur gelangt ist, gelangt es unweigerlich in das Leitungswassersystem.

Kommunale Wasseraufbereitungsanlagen reduzieren zwar die Menge an Mikroplastik auf ein Minimum, können es aber nur selten vollständig beseitigen. Selbst nach der Aufbereitung kann das Wasser durch Bereiche fließen, in denen Mikroplastik in das System gelangen kann, bevor es den Wasserhahn des Verbrauchers erreicht.

Zu den möglichen Schäden und Gefahren des Trinkens von Leitungswasser mit Mikroplastik gehören toxische Auswirkungen auf den Verdauungstrakt, Verbindungen zu schweren Krankheiten wie Krebs, ein geschwächtes Immunsystem oder das Eindringen in die Blut-Hirn-Schranke, was zu neurologischen Komplikationen führt. Beim Waschen oder Schrubben können kleinere Mikroplastikteile im Leitungswasser über die Haut aufgenommen werden.

2. Wasser in Flaschen (Trinkwasser)

Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) definiert abgefülltes Trinkwasser als Wasser «für den menschlichen Gebrauch, das in Behältern versiegelt ist und keine weiteren Inhaltsstoffe enthält, außer sicheren und geeigneten antimikrobiellen Stoffen und Fluorid innerhalb bestimmter Grenzen».

Wie viel Mikroplastik ist in abgefülltem Wasser enthalten? Bei Tausenden von Flaschenwassermarken auf der ganzen Welt, die aus unterschiedlichen Quellen stammen und unterschiedliche Filtrations- und Herstellungsverfahren aufweisen, ist es nicht möglich, eine eindeutige Aussage über die Menge an Mikroplastik in der Kategorie insgesamt zu treffen. Hypothesen, dass es unwahrscheinlich ist, dass Flaschenwasser Mikroplastik enthält, haben sich wiederholt als falsch erwiesen.

Professor Albert A. Koelmans von der Universität Wageningen stellte fest, dass die Konzentration von Mikroplastik in dem von ihnen untersuchten Flaschenwasser stark schwankte – von 0,01 bis 100 Tausend Mikroplastikpartikel pro Tausend Liter. Selbst bei einer begrenzten Anzahl von Proben kann diese Schwankung zum Teil auf die Abfüllprozesse selbst oder die Verwendung von Plastikverschlüssen zurückzuführen sein.

In Kanada stellte Dr. Kieran D. Cox vom Fachbereich Biologie der Universität Victoria fest, dass die Konzentration von Mikroplastik in den von ihnen untersuchten Flaschenwassermarken 22 Mal höher war als in Leitungswasser.

Die Forschung zu Mikroplastik in abgefülltem Wasser ist zwar noch begrenzt, da eine Vielzahl von Wässern getestet werden muss, um genauere Schlussfolgerungen zu ziehen, doch bisher hat die Forschung gezeigt, dass abgefülltes Wasser tendenziell höhere Konzentrationen aufweist als Leitungswasser.

Aber selbst diese Schlussfolgerung ist mit Vorsicht zu genießen, da bei Untersuchungen an Flaschenwasser in der Regel kleinere Partikel gemessen werden als bei Untersuchungen an Leitungswasser. Das bedeutet, dass die Methodik mit ziemlicher Sicherheit höhere Konzentrationen in Flaschenwasser als in Leitungswasser ausweist, was möglicherweise nicht korrekt ist, wenn auf die gleiche Partikelgröße getestet wird.

Zwei der Haupteintragsquellen für Mikroplastik in Süßwasser sind Oberflächenabfluss (wenn sich Plastik in der Nähe von Gewässern angesammelt hat) und Abwasser (Plastik im verbrauchten Wasser), wie das folgende Schaubild zeigt, das die Weltgesundheitsorganisation (WHO) für ihren Bericht 2019 erstellt hat.

Selbst Ablagerungen in der Luft können zur Verunreinigung von Wasserquellen beitragen. In Flaschen abgefülltes Wasser, das aus natürlichen Quellen stammt, kann dann durch Mikroplastik verunreinigt werden, vor allem wenn es nicht ausreichend gefiltert wird.

Unter der Annahme, dass die Studien, die auf die schädlichen Auswirkungen von Mikroplastik hinweisen, korrekt sind, deutet die Tendenz zu höheren Konzentrationen von Mikroplastik in abgefülltem Wasser auf ein größeres Risiko für gesundheitliche Auswirkungen hin. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Methodik der Studien über abgefülltes Wasser und Leitungswasser nicht übereinstimmt und die Bandbreite der Ergebnisse sehr groß und nicht schlüssig ist.

Unabhängig von der endgültigen Antwort, die die Forschung findet, ist es am wahrscheinlichsten, dass eine abgefüllte Wassermarke, die eine gut geschützte Quelle (wie z. B. Eisbergwasser, das lange vor der Existenz von Kunststoffen erhalten wurde) und saubere Abfüllverfahren verwendet, zu denjenigen gehört, die keinen Mikroplastikgehalt aufweisen.

3. Meerwasser

Das Georgia Department of Natural Resources definiert Meerwasser als Wasser aus dem Meer oder Ozean mit hohem Salzgehalt. Neben dem offenen Meer kann Meerwasser auch im Bilgenwasser von Schiffen vorkommen.

Wie viel Mikroplastik befindet sich im Meerwasser? Eine Citizen-Science-Studie, bekannt als Global Microplastics Initiative, veröffentlichte 2018 einen Bericht in der Zeitschrift Environmental Pollution, in dem sie zeigte, dass 90 % von 1393 Meeresproben aus der ganzen Welt Mikroplastik enthielten, mit einer durchschnittlichen Konzentration von 118 Partikeln pro Liter. Bei 91 % handelte es sich um Mikrofasern aus Kunststoffelementen in Textilien. Ihre Messungen an verschiedenen Orten sind auf der Karte unten dargestellt.

Die Proben aus dem offenen Ozean wiesen durchweg höhere Durchschnittskonzentrationen (179 pro Liter) auf als die aus den Küstenregionen (59 pro Liter). Die Polarregionen wiesen die höchsten Konzentrationen auf, wobei die Arktis im Durchschnitt 313 Partikel pro Liter und die südlichen Ozeane 154 Partikel pro Liter enthielten.

In der Arktis gab es erhebliche Unterschiede, wobei Kanada und Alaska am oberen Ende der Skala lagen, während die Proben aus Spitzbergen nur 0 bis 6 Partikel pro Liter aufwiesen. Der Atlantik lag mit 134 Mikroplastikpartikeln pro Liter immer noch über dem Durchschnitt, gefolgt vom Pazifik mit 70 pro Liter und dem Indischen Ozean mit 42.

Laut den Studien von Professor Gasperi und Professor Morritt aus dem Jahr 2014 gelangt regelmäßig großer Plastikmüll aus dem städtischen Umfeld in Süßwassersysteme. Laut Vivian S. Lin vom Institut für Biogeochemie in Zürich, Schweiz, gelangt Mikroplastik direkt über Abfallströme in die Umwelt, darunter Körperpflegeprodukte, Textilien mit synthetischen Fasern (die oft in Waschmaschinen abgelöst werden) und Reinigungsmittel. Von dort aus kann es in die Meere gelangen. Ausrangierte Kunststoff-Fischernetze wie dieses hier zerfallen mit der Zeit zu Mikroplastik.

Mikroplastik im Wasser kann sich negativ auf die Gesundheit von Wildtieren auswirken und zum Transport von Giftstoffen und zur Kontamination der Nahrungskette beitragen. Laut Dr. Lin können sie am unteren Ende der Nahrungskette eindringen, wenn sie von Algen, Bakterien und Plankton aufgenommen werden, wo sie Giftstoffe freisetzen, die die Entwicklung schädigen und das Überleben bedrohen. Von dort aus wandert der Schaden die Nahrungskette hinauf, unter anderem über eine verringerte Nahrungsaufnahme und einen geringeren Fortpflanzungserfolg bei Krustentieren in der Mitte des Nahrungsnetzes, wie die Forschung von Matthew Cole von der britischen Universität Exeter und Kollegen zeigt.

Ein weiteres Beispiel stammt von Dr. Mark A. Browne und Kollegen von der School of Marine Science & Engineering, Plymouth University und dem National Center for Ecological Analysis & Synthesis, University of California, Santa Barbara, die feststellten, dass Wattwürmer nach der Aufnahme von Mikroplastik größere Schwierigkeiten haben, Sedimenthöhlen zu bilden.

Mikroplastik im Meerwasser wird von Menschen über Meeresfrüchte aufgenommen. Die Hauptbedenken für die menschliche Gesundheit sind in diesem Fall die verstärkte Entzündungsreaktion, die Toxizität der Plastikpartikel, die Kontamination durch adsorbierte chemische Schadstoffe und die Störung des Verdauungssystems. Diese Auswirkungen müssen jedoch noch vollständig nachgewiesen werden.

4. Abwasser

Abwasser ist gebrauchtes Wasser und kann menschliche Abfälle, Lebensmittelreste, Öle, Seifen, Düngemittel oder Industriechemikalien enthalten.

Wie viel Mikroplastik ist im Abwasser? Eine Studie von Daniel Sol et al. vom Fachbereich Chemie- und Umwelttechnik der Universität Oviedo in Spanien ergab, dass die von ihnen untersuchten Kläranlagen in den Vereinigten Staaten zwischen 83,3 und 147 Mikroplastikpartikel/L im unbehandelten Zustand und 2,6 bis 17,2 Mikroplastikpartikel/L nach der Behandlung enthielten. In einigen Proben wurde das Mikroplastik nicht oder nur in sehr geringem Maße sowohl im Zulauf als auch im Ablauf nachgewiesen.

Abwasser ist eine weithin anerkannte Quelle für die Verschmutzung von Süßwasser und landwirtschaftlichen Böden durch Mikroplastik, aber eine wirksame Wasseraufbereitung kann diese schädlichen Auswirkungen verringern. Eine Studie, die in der Zeitschrift Environmental Science: Water Research and Technology» veröffentlichten Studie von Forschern der Universität Surrey im Vereinigten Königreich wurde festgestellt, dass eine dreistufige Kläranlage 88-94 % des Mikroplastiks entfernen kann.

Abwässer können schädliche Auswirkungen haben, wenn sie wieder in Süßwasser- und Trinkwasserquellen gelangen. Auch die Abfälle aus der Abwasserbehandlung müssen sorgfältig behandelt werden, da sie eine Quelle für Mikroplastik sind. Es kann landwirtschaftliche Flächen beeinträchtigen, indem es eine Quelle von Fasern in den Boden einbringt, die theoretisch giftig sein oder von Menschen aufgenommen werden könnten.

5. Arktisches Wasser

Die arktische Region liegt oberhalb des Polarkreises auf 66° 34′ nördlicher Breite. Wie viel Mikroplastik befindet sich im arktischen Wasser? Peter S. Ross und sein Team vom Department of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences der University of British Columbia führten eine Untersuchung in der arktischen Region durch und fanden bei einer visuellen Inspektion durchschnittlich 186 Mikroplastikpartikel pro Liter, was sich jedoch durch eine spektroskopische Analyse auf 40,5 Mikroplastikpartikel pro Liter reduzieren ließ.

In der östlichen Arktis, die vom Atlantischen Ozean beeinflusst wird, wurden höhere Mikroplastikkonzentrationen festgestellt als in der westlichen Arktis, die vom Pazifischen Ozean beeinflusst wird. Meerwasserproben von arktischem Wasser rund um Svalbard wiesen nahezu kein Mikroplastik auf, und Eisberge, die lange vor der Erfindung des Plastiks in Gletschern gebildet wurden, dürften kein Mikroplastik aufweisen.

Diese Grafik aus der Studie «Microplastics in sea ice and seawater beneath ice floes from the Arctic Ocean» von Kanhai et al. zeigt die Konzentrationen und Arten von Mikroplastik, die in 25 Eiskernen gefunden wurden, die an der Eiskappe des Nordpols entnommen wurden. Probe 9 wurde fast genau am Nordpol entnommen.

Die Global Microplastics Initiative fand in der Arktis eine fast achtmal höhere Konzentration von 313 mikroskopisch kleinen Partikeln pro Liter. Die unterschiedlichen Ergebnisse unterstreichen die Schwierigkeit, so große Regionen zu messen, bestätigen aber, dass die Konzentrationen unabhängig von der jeweiligen Erhebung besorgniserregend sind.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Meeresströmungen Plastikmüll aus der Ferne in die Arktis getragen haben, obwohl die umfassende Forschung über spezifische Mikroplastikquellen in der Arktis noch begrenzt ist. Eine bekannte Quelle sind weggeworfene Plastikfischernetze, die regelmäßig aus Tausenden von Kilometern Entfernung an die arktischen Küsten gespült werden.

Forschungsarbeiten aus dem Jahr 2015 unter der Leitung von Dr. Amy L. Lusher vom Marine and Freshwater Research Centre in Irland und dem National Institute of Oceanography and Experimental Geophysics (OGS) in Italien deuten darauf hin, dass Zooplankton, Wirbellose, Fische, Seevögel und Säugetiere Mikroplastik fressen können. Bei ihren Untersuchungen wurde Mikroplastik in 95 % der untersuchten Oberflächenwasserproben und in 93 % der unterirdischen Proben gefunden. Alle diese Stoffe durchlaufen das Ökosystem, wie das unten stehende Nahrungsnetz zeigt, und können zu gefährlichen toxikologischen Reaktionen oder sogar zum Tod führen.

Die International Union for Conservation of Nature (IUCN) weist auf die gesundheitlichen Probleme durch arktisches Mikroplastik hin, da 40 % der US-amerikanischen und 50 % der europäischen kommerziellen Fischerei aus der arktischen Region stammen.

Wie kann man Mikroplastik im Wasser messen?

Es gibt zwei Möglichkeiten, Mikroplastik im Wasser zu messen: visuell und spektroskopisch.

Die visuelle Untersuchung von Plastikmüll im Wasser erfolgt durch Filtern von Mikroplastikpartikeln eines bestimmten Größenbereichs. Diese Feststoffe werden dann getrocknet und Katalysatoren ausgesetzt, die organische Stoffe entfernen können. Das Plastikmaterial wird dann mit Hilfe eines Seziermikroskops analysiert. Bei dieser Methode liegt der Größenbereich in der Regel zwischen 0,3 und 5 Mikrometern und ist für kleinere Größenbereiche schwierig zu handhaben. Ein Artikel in der Zeitschrift der Royal Society of Chemistry, verfasst von Paul U. Iyare, Sabeha K. Ouki und Tom Bond vom Fachbereich Bau- und Umwelttechnik der Universität Surrey, ergab, dass organisches Material in 20 bis 70 % der Fälle fälschlicherweise für Kunststoff gehalten werden kann.

Die zweite Möglichkeit ist der Einsatz spezieller spektroskopischer Geräte, die untersuchen, wie Licht mit Materialien interagiert. Diese Methoden haben eine viel höhere Auflösung und werden zur Messung von Konzentrationen pro Kilo oder pro Liter verwendet. Nach der Entnahme von Wasserproben werden die organischen Stoffe (Nicht-Plastik) entfernt und Techniken wie FT-IR, Focal-Plane-Array-Imaging und Raman-Spektroskopie eingesetzt, um Mikroplastik zu erkennen und zu untersuchen. Eine genauere Erläuterung dieser Methoden würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, aber interessierte Leser können in diesem ausgezeichneten, von PBS produzierten Crash Course mehr darüber erfahren, wie sie funktionieren.

Welche Studien beweisen, dass es Mikroplastik im Wasser gibt?

Vier der wichtigsten Studien, die belegen, dass es Mikroplastik im Wasser gibt, stammen von der Woods Hole Oceanographic Institution (1972), den Universitäten Plymouth und Exeter (2008), dem Marine and Freshwater Research Centre in Galway (Irland) (2015) und einer Metastudie anderer Forschungsarbeiten der Universität Wageningen (Niederlande) (2019).Der Begriff «Mikroplastik» selbst wurde in seiner heutigen Bedeutung erstmals 2004 verwendet, und seine Verwendung in wissenschaftlichen Forschungsarbeiten hat schnell zugenommen, wie die Europäische Chemikalienagentur 2018 in diesem Diagramm verfolgt hat, das die Anzahl der jährlich veröffentlichten Übersichtsarbeiten zeigt, die sich auf diesen Begriff in der Forschungsdatenbank Scopus beziehen.

Im Folgenden werden die vier wichtigsten Studien über Mikroplastik im Wasser vorgestellt.

1. Mikroplastik wurde erstmals 1972 in einer Studie mit dem Titel «Polystyrene Spherules in Coastal Waters» (Polystyrolkügelchen in Küstengewässern) von einem Team unter der Leitung des Biologen Dr. Edward J. Carpenter von der Woods Hole Oceanographic Institution (jetzt an der San Francisco State University) beobachtet. Das Team entdeckte kleine kugelförmige Plastikteile vor der Nordostküste der Vereinigten Staaten. Sie fanden heraus, dass hydrophobe Verunreinigungen (Partikel, die sich nicht leicht mit Wasser verbinden) an den Plastikteilchen haften können.
2. Eine wichtige Studie aus dem Jahr 2008 mit dem Titel «Ingested Microscopic Plastic Translocates to the Circulatory System of the Mussel, Mytilus edulis (L.)» wurde von Mark A. Browne, Awantha Dissanayake, Tamara S. Galloway, David M. Lowe, und Richard C. Thompson in einer gemeinsamen Forschungsarbeit der School of Biological Sciences der britischen Universität Plymouth und der Universität Exeter im Jahr 2008 durchgeführt. Die Forscher fanden heraus, dass Plastikpartikel von Meerestieren aufgenommen werden und in den Blutkreislauf gelangen und innere Organe schädigen können. Mikroplastik sammelte sich im Darm und blieb nach dem Eintritt in den Blutkreislauf dort über 48 Tage lang. Die Forscher waren besorgt, dass dies langfristige Auswirkungen auf die Gesundheit und die Fortpflanzung haben könnte.
3. Eine Studie aus dem Jahr 2015 mit dem Titel «Microplastics in Arctic polar waters: the first reported values of particles in surface and subsurface samples» wurde von einem Team aus Amy L. Lusher, Ian O’Connor und Rick Officer vom Marine and Freshwater Research Centre in Galway, Irland, in Zusammenarbeit mit Valentina Tirelli vom National Institute of Oceanography and Experimental Geophysics (OGS) in Italien durchgeführt.&bsp;Dies war die erste Studie, die das Vorhandensein von Mikroplastik in der arktischen Region nachwies. Die Partikel wurden sowohl in Oberflächennähe als auch in einer Tiefe von unter 6 Metern entdeckt, wobei die Konzentration zwischen 0 und 1,31 Mikroplastikpartikeln pro tausend Liter lag. Das Mikroplastik löste sich entweder von größeren Plastikteilen oder wurde aus Abwassereinläufen in Küstenregionen mitgeführt.
4. Im Jahr 2019 hat ein Team unter der Leitung von Dr. Albert A. Koelmans von der Universität Wageningen (Niederlande) und Kollegen sowie Jennifer De France von der Weltgesundheitsorganisation eine Studie mit dem Titel «Microplastics in freshwaters and drinking water: Critical review and assessment of data quality» in der 50 Studien über die Konzentration von Mikroplastik in verschiedenen Wasserquellen ermittelt wurden. In dieser Metastudie bewerteten die Forscher die Qualität der einzelnen Arbeiten und schlugen bewährte Verfahren für die künftige Forschung vor. Sie fanden nur die folgenden vier Studien, die ausreichend strenge Datenerhebungsstandards erfüllten.

Welche Auswirkungen hat Mikroplastik im Wasser auf die menschliche Gesundheit?

Einige Studien deuten darauf hin, dass Mikroplastik im Wasser für die menschliche Gesundheit schädlich ist und Verbindungen zu Krebs, Störungen der Magenfunktionen, Entzündungen, Fettleibigkeit, neurologischen Schäden, induziertem oxidativem Stress, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und immunologischen Reaktionen aufweist. Die Forschung auf diesem Gebiet steckt noch in den Kinderschuhen, und es ist nicht klar, ob sich diese schädlichen Zusammenhänge bestätigen werden. Die WHO ist zuversichtlich und sieht nur geringe Auswirkungen.

Die meisten Studien deuten darauf hin, dass die Konzentrationen von Mikroplastik im Wasser derzeit zu gering sind, um nennenswerte Auswirkungen auf den Menschen zu haben. Die Auswirkungen von verschmutztem Wasser auf die menschliche Gesundheit hängen sowohl von der Gefahr (potenzielle Toxizität) als auch vom Ausmaß der Exposition ab.

Toxische Stoffe (z. B. Chrom und Kadmium) kommen nur in sehr geringen Mengen vor und stellen nur ein geringes Risiko dar. Die wissenschaftliche Beratung für die Politik durch die Europäischen Akademien (SAPEA) hat davor gewarnt, dass es in Zukunft zu Gesundheitsproblemen kommen kann, wenn Plastik schneller als heute in die Ozeane gelangt. Dieses Bild zeigt Gebiete, die auf mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Mikroplastik untersucht werden.

Professor Kurunthachalam Kannan und Dr. Krishnamoorthi Vimalkumar von der New York University School of Medicine stellten fest, dass sowohl der Plastikverbrauch als auch die Fettleibigkeit in den letzten fünfzig Jahren um das Dreifache gestiegen sind. Der WHO zufolge sind diese Auswirkungen noch nicht abschließend geklärt, da viele Forschungsarbeiten auf Tierversuchen beruhen und Annahmen treffen, die im menschlichen Kontext nicht zutreffen.

Die Risiken hängen von vielen Faktoren ab, u. a. von der Mikroplastikkonzentration, den chemischen Eigenschaften und den freigesetzten toxischen Zusatzstoffen (wie PCB, PAK, PBDE,  Bisphenol A). Biofilme bilden sich als Schichten von Mikroorganismen, die sich an Mikroplastik anlagern. John A. Glaser, ein Forscher der US-Umweltschutzbehörde, stellt fest, dass die Organismen eine lebende Gemeinschaft bilden und einem «Hydrogel» ähneln können.

Untersuchungen von Nikolina Atanasova und Kollegen am Institut für Mikrobiologie der Bulgarischen Akademie der Wissenschaften haben gezeigt, dass Biofilme Krankheitserreger transportieren können, die infektiös sein könnten. Nach Angaben der WHO zeigen einige Studien, dass Biofilme in Süßwasser Krankheitserreger transportieren können, die antimikrobiell resistente Gene verbreiten.

Die WHO betont, dass der Mensch höchstwahrscheinlich schon seit vielen Jahrzehnten Mikroplastik aufnimmt, dass aber bisher keine signifikanten gesundheitlichen Auswirkungen nachgewiesen wurden. Beim Menschen ist der Darm ein besonders empfindlicher Bereich, aber viele Mikroplastikteile, die in den Darm gelangen, werden als inert angesehen. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit stellte fest, dass mehr als 90 % des Mikroplastiks wahrscheinlich ausgeschieden und nur 0,3 % des Mikroplastiks, das kleiner als 150 Mikrometer ist, aufgenommen werden.

Die WHO hat festgestellt, dass zu den indirekten gesundheitlichen Auswirkungen, die untersucht werden, die Ausbreitung der Resistenz gegen antimikrobielle Mittel und die Auswirkungen von schlecht behandeltem Trinkwasser für gefährdete Bevölkerungsgruppen gehören. Ein weiterer Bereich, der Anlass zur Sorge gibt, ist die Verunreinigung des Bodens durch die Auswaschung von Chemikalien.

Verursacht Mikroplastik Wasserverschmutzung?

Mikroplastik verursacht eine Wasserverschmutzung, da es selbst eine Form der Wasserverschmutzung darstellt. Sie verschlimmern die chemische Verschmutzung des Wassers, da diese anderen Giftstoffe am Plastik haften bleiben können, was die Meeresumwelt noch stärker schädigt. Dies wurde in einer Studie von Dr. Anthony L. Andrady vom Fachbereich Chemie- und Biomolekulartechnik der North Carolina State University aus dem Jahr 2011 festgestellt

Merlin Isaac vom Institute of Plastics Technology und Balasubramanian Kandasubramanian vom indischen Verteidigungsministerium veröffentlichten ein NIH-Papier, in dem sie schätzten, dass allein in der EU jährlich 75.000-300.000 Tonnen Mikroplastik freigesetzt werden. Dies entspricht in etwa der Freisetzung des Gewichts der RMS Titanic alle zwei Monate. Sie fanden heraus, dass 54,5 % des im Meer treibenden Mikroplastiks aus Polyethylen und 16,5 % aus Polypropylen bestehen.

Eine von Mark A. Browne 2008 durchgeführte Studie hat gezeigt, dass Mikroplastik in den Blutkreislauf einiger Wassertiere eindringen und dort mehr als 48 Tage lang verbleiben kann, was auf lange Sicht schwerwiegende Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann.

Im Jahr 2016 listete ein UNEP-Bericht über 800 Arten auf, die durch Mikroplastik im Wasser verunreinigt wurden, was zeigt, dass dies ein weit verbreitetes Verschmutzungsproblem ist. Dr. Madeleine Smith von der Abteilung für Umweltgesundheit und -technik an der Bloomberg School of Public Health der Johns Hopkins University stellte fest, dass bei japanischen Medakafischen, Muscheln, Korallen und Seevögeln negative gesundheitliche Auswirkungen beobachtet wurden, die das Wachstum und die Immunität beeinträchtigen könnten. Mikroplastik kann Toxine freisetzen, die Organe schädigen und die Nahrungskette verschmutzen.

Wie viel Mikroplastik im Wasser ist schädlich für den Menschen?

Es ist noch nicht bekannt, wie viel Mikroplastik im Wasser für den Menschen schädlich ist. Da Wissenschaftler erst vor kurzem begonnen haben, Daten über Mikroplastik im Wasser zu sammeln, ist die Schwelle, ab der Mikroplastik in verschmutztem Wasser für die menschliche Gesundheit bedrohlich wird, ungewiss.

Auch wenn Mikroplastik im Trinkwasser vorhanden ist, kann eine gute Wasseraufbereitung die Konzentration verringern. Und wie bereits erwähnt, stellt die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit fest, dass der menschliche Körper über 90 % des aufgenommenen Mikroplastiks ausscheidet. Negative Auswirkungen auf den Menschen sind nicht schlüssig belegt, da der Mensch bereits viel Mikroplastik aufgenommen hat, bevor dieses Problem bekannt wurde.

Die geschätzte Menge an Mikroplastik, die jeder Mensch über Lebensmittel oder Getränke zu sich nimmt, liegt zwischen 0,01 Mikrogramm pro Tag und 8,7 Mikrogramm pro Tag. Es liegt auf der Hand, dass in Ländern mit einem höheren Verzehr von Meeresfrüchten die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass mehr Mikroplastik aufgenommen wurde.

Einige Schätzungen des Pro-Kopf-Verbrauchs von Mikroplastik durch den Menschen nach Dr. Kannan und Dr. Vimalkumar sind unten aufgeführt.

• Muscheln: 123 Mikroplastikpartikel pro Jahr im Vereinigten Königreich
• Salz: 37-1000 Mikroplastikpartikel pro Jahr
• Muscheln: 11.000 Mikroplastikpartikel pro Jahr in Europa (laut Dr. Lisbeth Van Cauwenberghe und Dr. Colin R Janssen vom Labor für Umwelttoxikologie und aquatische Ökologie der Universität Gent)
• Weißwein: 2563-5857 Mikroplastikpartikel/l in Italien
• Erfrischungsgetränke, Energydrinks und Tee: 11-40 Teilchen/l in Mexiko
• Meeresfrüchte: 7 Mikrogramm Mikroplastik für eine 225-g-Portion (gemäß EFSA-Gremium für Kontaminanten in der Lebensmittelkette, 2016)

Wie extrahiert man Mikroplastik aus dem Wasser?

Mikroplastik im Wasser wird durch Sandfiltration, ultrafeine physikalische Membranfilter und andere Methoden zur Verringerung der Wassertrübung wirksam aus dem Wasser entfernt.

Dies geschieht in unterschiedlichem Umfang in Filtersystemen auf Gebäudeebene, in Wasserabfüllanlagen und für ganze Gemeinden in Wasseraufbereitungsanlagen (WTPs) und Abwasseraufbereitungsanlagen (WWTPs). Obwohl diese Verfahren zur Wasserfilterung nicht speziell für Mikroplastik entwickelt wurden, funktionieren sie gut, da sie Partikel entfernen können, deren Größe mit der von Mikroplastik vergleichbar oder kleiner ist. Diese Verfahren werden in Klär- und Membranverfahren unterteilt.

• Klärung, bei der Partikel, Öl, Schmutz und natürliche organische Stoffe aus dem Wasser entfernt werden. Dazu wird das Wasser in Absetzbecken oder Teiche geleitet, wo die Feststoffe entweder nach oben schwimmen oder sich am Boden absetzen. Oft werden dabei chemische Mittel, so genannte Koagulations- oder Flockungsmittel, eingesetzt, die eine gleichmäßigere Abscheidung der Verunreinigungen bewirken. Anschließend können sie leicht abgeschöpft oder aus dem Wasser entfernt werden. Verbleibende Restpartikel werden durch ein Bett aus Sandkörnern entfernt, an denen sie haften bleiben können.
• Membranverfahren wie Osmose und Ultrafiltration, die verhindern, dass Partikel, die größer als eine bestimmte Größe sind, durch die mikroskopisch feinen Poren der Membran gelangen.

Diese beiden Prozesse finden häufig in drei Stufen statt, die als primär, sekundär und tertiär bezeichnet werden. Die primäre Stufe umfasst das Sieben von feinen und groben Feststoffen. Die sekundäre Behandlung erfolgt mit Hilfe von Mikroorganismen, die unerwünschte Stoffe, die im Wasser verblieben sind, abbauen. In der tertiären Stufe werden Membranen eingesetzt, um bestimmte Schadstoffe zu entfernen, die die früheren Stufen passiert haben.

Bei der Abfüllung von Wasser in Flaschen werden die gleichen Methoden wie bei der Wasseraufbereitung zur Entfernung von Mikroplastik in kleinerem Maßstab angewandt. Eine gängige Methode ist die physikalische Filtration (die oft als Mikronfiltration bezeichnet wird, da ihre Wirksamkeit in der Anzahl der Millionstel Meter angegeben wird, bis zu denen sie filtern kann). Manchmal wird auch die Umkehrosmose (RO) eingesetzt, bei der noch feinere Membranen verwendet werden. Allerdings wird die Umkehrosmose nur selten für in Flaschen abgefüllte Wässer aus natürlichen Quellen verwendet, da die Vorschriften in vielen Ländern vorschreiben, dass Marken, die als natürlich bezeichnet werden, an der Quelle sauber sein müssen und bei der Abfüllung in Flaschen mit minimaler oder gar keiner Behandlung rein bleiben.

Die in der Wasseraufbereitung verwendeten Materialien sind in der Regel kostengünstig. Die Betriebskosten können je nach verwendetem Adsorptionsmittel (eine Substanz, an der Schadstoffe haften) variieren. Evgenia Iakovleva, eine angewandte Physikerin an der Aalto-Universität, und Mika Sillanpää vom Fachbereich für Bau- und Umwelttechnik an der Florida International University haben gängige Adsorptionsmittel und deren Durchschnittskosten notiert. Zum Beispiel Aktivkohle (500 bis 1000 € pro Tonne), Eisenoxid (mehr als 1000 € pro Tonne) und aktivierte Tonerde (300 bis 500 € pro Tonne).

Reichen Wasserfilter aus, um Mikroplastik aus dem Wasser zu entfernen?

Wasserfilter reichen aus, um den größten Teil des Mikroplastiks aus dem Wasser zu entfernen, aber Studien, die zeigen, dass es immer noch im Trinkwasser zu finden ist, bedeuten, dass es auch nach der Aufbereitung einen Weg hinein findet. Möglicherweise durch die Exposition gegenüber Mikroplastik in der Luft oder in den Leitungen zwischen Filterung und Verbrauch.

Jede Aufbereitungsstufe hat eine unterschiedliche Wirksamkeit bei der Entfernung von Mikroplastik aus dem Wasser. In der Untersuchung von Wasseraufbereitungsanlagen durch Paul U. Iyare et al, entfernte die Primärfiltration allein zwischen 32 % und 92 % des Mikroplastiks, im Durchschnitt 72 %.

Die primären und sekundären Behandlungsstufen entfernen zusammen mehr als 90 % des gesamten Mikroplastiks. Bei der Tertiärbehandlung werden durchschnittlich 94 % des Mikroplastiks entfernt, während fortgeschrittene Tertiärbehandlungen bekanntermaßen zwischen 82,1 % und 99,9 % des Mikroplastiks entfernen können. Laut WHO kann die Membranfiltration 100 % aller Partikel mit einer Größe von mehr als 1 Mikron entfernen.

Es ist erwiesen, dass Mikroplastik nach dem Verlassen der Wasseraufbereitungsanlagen immer noch in das Leitungswasser gelangt. Kommunale Wassersysteme können Eintrittsstellen haben, an denen anderes Wasser eintritt, oder Lecks, durch die Mikroplastik in das Grundwasser oder die Luft gelangen kann. Selbst in den allerletzten Stadien, wenn das Wasser den Hahn verlässt, könnte Mikroplastik aus der Luft ins Wasser gelangen und in Labortests nachgewiesen werden.

Umkehrosmose- und Mikronfilter, die als «absolut» eingestuft sind (d. h. bis zu der Größe, für die der Filter ausgelegt ist, sollte nichts durchkommen), sollten theoretisch äußerst wirksam Mikroplastik herausfiltern. Es ist üblich, Filter mit einer Größe von 0,2 bis 1 Mikron (Millionstel Meter) als letzte Stufe in Wasserabfüllanlagen zu verwenden, wobei einige Labors nur die praktische Notwendigkeit sehen, Mikroplastik mit einer Größe von 10 Mikron oder mehr zu messen. Theoretisch sollte dies eine 100%ige Wirksamkeit bedeuten.

Die allgemeine Sauberkeit der Abfüllverfahren kann eine letzte Möglichkeit für das Eindringen von Partikeln nach der Filtration darstellen. Dies könnte durch eine kurzzeitige Luftexposition an der Abfüllstelle, durch Rohre zwischen den Filtern und der Abfüllstelle, die der Luft ausgesetzt waren, oder durch Wasser, das mit Mikroplastik gereinigt wurde, geschehen. Um dies zu verhindern, ist es wichtig, dass die Abfüllanlagen über saubere Verfahren verfügen.