Mikroplastik

Auf einen Blick: Mikroplastik

Unter Mikroplastik versteht man sehr kleine Plastikpartikel. Per Definition sind diese Partikel kleiner als 5 mm (5000 µm). Kunststoffe sind nicht oder nur sehr schwer biologisch abbaubar, daher verbleiben sie lange in der Umwelt. Mikroplastik entsteht durch die Zerkleinerung größerer Plastikteile, wie Reifen, Verpackungsmaterial, synthetische Kleidung usw., welche durch physikalische Einflüsse wie Abrieb, Hitze, Kälte usw. in immer kleinere Partikel zersetzt werden, oder auch durch die gezielte Produktion von Mikroplastik für bestimmte Einsatzzwecke, z. B. Zahnpasta, Kosmetikprodukte, Windeln, Granulat. Durch die geringe Größe gelangt Mikro- und Nanoplastik nahezu überall hin und gilt heute als omnipräsent. Feinste Plastikpartikel befinden sich auch in der Luft. Das Mikroplastik enthält oft Additive wie Weichmacher oder Farbstoffe. Die Gewässer spielen bei der Verbreitung von Mikroplastik eine wichtige Rolle, da sie eine große Menge dieser Partikel aufnehmen. In zahlreichen Arten aus der Fischerei und Aquakultur rund um den Globus wurde Mikroplastik nachgewiesen. Aufgrund der lückenhaften Datenlage ist eine abschließende Bewertung der Gesundheitsgefahr von Mikroplastik und des Einflusses auf die Ökosysteme zurzeit nicht möglich. Zum jetzigen Zeitpunkt ist auf Basis der vorhandenen Daten keine Einschränkung der Produktsicherheit von Fischen und Meeresfrüchten für den Verzehr durch den Menschen im Zusammenhang mit Mikroplastik nachweisbar.

Was ist Mikroplastik? Wo kommt es her und wo kommt es vor?

Mikroplastik ist ein Sammelbegriff für kleinste Plastikteile (Kunststoff – synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte Polymere), welche nur wenige Mikrometer bis zu einigen Millimetern groß sind. Allgemein bezeichnet man Plastikpartikel unter 5 mm Größe als Mikroplastik. Der Begriff Nanoplastik grenzt noch kleinere Teile (< 1 µm) innerhalb des Mikroplastiks ab. Die Partikel können unterschiedlichste Formen haben, z. B. Kugeln, Granulat oder Fasern. Je nach Beschaffenheit hat Mikroplastik sehr unterschiedliche Eigenschaften (Dichte, Farbe usw.) und kann diverse Zusatzstoffe (sog. Additive) enthalten, darunter Weichmacher, Stabilisatoren, Farb-, Füll- und Verstärkungsstoffe.

Mikroplastik wird entweder gezielt als primäres Mikroplastik zur Anwendung hergestellt (z. B. für Zahnpasta, Kosmetikprodukte, Windeln, als Granulat zur Herstellung größerer Kunststoffteile) oder es entsteht als sekundäres Mikroplastik durch – schrittweise – Zerkleinerung größerer Teile: Reifen, Verpackungsmaterial, synthetische Kleidung usw. werden durch physikalische Einflüsse, wie Abrieb, Hitze, Kälte, UV-Strahlung, in immer kleinere Partikel zersetzt. Jedes größere Materialteil aus Kunststoff wird durch Umwelteinflüsse über die Zeit zu Mikroplastik zerkleinert. Wie lange dieser Zerkleinerungsprozess dauert, hängt entscheidend von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und der Stärke der zersetzenden Faktoren ab.

Kunststoffe werden nicht oder nur sehr langsam durch mikrobiologische Prozesse zersetzt. Gelangen sie einmal in die Umwelt, ist es quasi unmöglich, Mikroplastik wieder vollständig zu entfernen. Auch wenn der Thematik Mikroplastik seit etwa der Jahrtausendwende eine steigende Aufmerksamkeit in Wissenschaft, Gesellschaft und Politik zukommt und die Anzahl an Publikationen seitdem jährlich nahezu exponentiell ansteigt, ist die Problematik so alt wie Kunststoffe selbst.

Neben dem eigentlichen Kunststoff, dem sog. Polymer, enthält Plastik meist Zusatzstoffe, sog. Additive (ca. 4 %). Bei diesen Additiven kann es sich um Farbstoffe, Flammschutzmittel, Stabilisatoren, Weichmacher oder sonstige Substanzen handeln, welche die Eigenschaften des Plastiks verändern. Auch können Rest-Monomere aus der unvollständigen Polymerisation bei der Herstellung von Plastik anhaften und als mögliche Schadstoffe auftreten. Bekanntester Rest-Monomer ist Bisphenol A.

Wie wird Mikroplastik nachgewiesen?

Mikroplastik stellt einen Sammelbegriff für verschiedenste Partikel dar. Diese unterscheiden sich in der Größe sowie den physikalischen und chemischen Eigenschaften. Entsprechend gibt es verschiedene analytische Methoden zum Nachweis von Mikroplastik in Proben (z. B. Erde, Schlamm, Wasser, Muskel- oder Organgewebe). Insgesamt gilt der Nachweis von Mikroplastik als kompliziert und schwierig. Grundsätzlich kann man folgende Methoden unterscheiden:

Bildgebende Verfahren: Zum Nachweis von größeren Mikroplastikpartikeln lassen sich nach Probenaufbereitung (z. B. Siebung) durch die Betrachtung unter Mikroskopen und Partikelzählverfahren (z. B. Licht- oder Laserstreuung) bildgebende Verfahren anwenden. Diese geben im Vergleich zu anderen Methoden Aufschluss über die Anzahl, Größe (entsprechend der Auflösung nur größere Partikel), Form und ggf. die Farbe der Partikel, aber nicht über den Polymer-Typ.

Spektroskopische Methoden: Hierbei werden Merkmale der spezifischen chemischen Struktur von Polymeren erfasst und mittels Referenzspektren zugeordnet. Somit kann man also verschiedene Kunststoff-Typen mit dieser Methode nachweisen. Die Infrarot-(IR-) oder Fourier-Transformations-Infrarot-(FT-IR-)Spektroskopie sind gebräuchliche spektroskopische Methoden.

Thermoanalytische Verfahren: Die Probe wird unter inerten Bedingungen pyrolysiert (Aufspaltung) und die spezifischen Zersetzungsprodukte der einzelnen Polymere erfasst. Es können verschiedene Kunststoff-Typen mit dieser Methode nachgewiesen werden.

Chemische Verfahren: Die Probe wird aufgeschlossen und die spezifischen Fragmente von Polymeren oder Elemente werden erfasst. Je nach Methodik eignen sich chemische Verfahren zum Nachweis spezifischer Polymere.

Welche Methode bei einer Probe angewandt werden kann bzw. sollte, hängt stark vom Ausgangsmaterial und von der zu erwartenden Belastung ab. Meist kommen Kombinationen der o. g. Methoden, z. B. Mikroskopie und thermoanalytische Verfahren, zum Einsatz. Bei der Vorbereitung und Aufbereitung der Proben (Siebung, Verdau der weiteren Probenbestandteile usw.) ist es wichtig, dass diese nicht mit weiterem Mikroplastik kontaminiert werden. Hierbei ist besondere Sorgfalt geboten. Durch die Vielfalt der angewendeten Verfahren ist es mitunter sehr schwierig oder gar unmöglich, verschiedene Mikroplastik-Studien miteinander zu vergleichen. Nach wie vor ist es eine große Herausforderung für die chemische Analytik, Proben unterschiedlicher Herkunft qualitativ und quantitativ auf Mikro- und Nanoplastik zu untersuchen.

Ist Mikroplastik gesundheitsschädlich?

Mikroplastik selbst wird als biochemisch inert betrachtet (d. h. keine oder sehr geringe Reaktivität). Partikel über einer bestimmten Größe (ca. 1 µm) gelangen nicht durch Zellmembranen und es können somit keine Wechselwirkungen innerhalb von Zellen auftreten. Es gilt als wahrscheinlich, dass Mikroplastik mit einer Größe von über 5 µm nach Aufnahme durch einen Organismus über den Magen-Darm-Trakt wieder ausgeschieden wird. Gelangt Mikroplastik in die Blutbahn, wird es über die Milz eliminiert. Ähnlich wie Feinstaub kann Mikroplastik eingeatmet werden. Mikroplastik- bzw. Nanoplastikteilchen von weniger als 1 µm können allerdings in Zellen gelangen und somit im Körper aufgenommen werden. Ob dies unter den realen Gegebenheiten tatsächlich schädigende Auswirkungen auf den Menschen oder andere Organismen hat, lässt sich aufgrund mangelnder Untersuchungen bisher nicht belegen. Ebenso unsicher ist die tatsächliche Menge von Mikroplastik, die jeder Mensch in einem bestimmten Zeitraum aufnimmt. Laut Schätzungen der University of Newcastle kann der Verzehr handelsüblicher Nahrungsmittel und Getränke in Abhängigkeit von der Ernährungsgewohnheit pro Woche zu einer Aufnahme von bis zu 5 g Plastik führen. Dies entspräche in etwa der Menge einer Kreditkarte.

Gefährliche Additive aus der Produktion des Plastiks können jedoch bei dessen Zerfall zu Mikroplastik in die Umwelt gelangen (sog. Leaching). Kunststoffpartikel nehmen außerdem sog. persistente organische Verbindungen (POPs) auf, z. B. polychlorierte Biphenyle (PCB). Die hydrophoben organischen Chemikalien haften am Mikroplastik an und die Konzentrationen können ein Vielfaches (bis zu 1 Million Mal höher) des umgebenden Mediums (z. B. Wasser) erreichen. Wie die Additive können die POPs durch die Aufnahme des Mikroplastiks in Organismen gelangen und sich dort anreichern. Additive und POPs können hormonelle Wirkungen haben, krebserregend oder giftig sein.

Insgesamt können die gesundheitlichen Folgen von Mikroplastik für den Menschen noch nicht pauschal bzw. abschließend eingeschätzt werden. Die derzeitige Datenlage lässt dies nicht zu. Die große Bandbreite von Partikeln mit unterschiedlichen Eigenschaften innerhalb der Definition „Mikroplastik“ erschwert die Einschätzung zusätzlich. Auch in der Antwort der Bundesregierung vom 28.07.2020 auf eine Anfrage zu Mikro- bzw. Nanoplastik heißt es, dass das Gesundheitsrisiko von Mikroplastik durch orale Aufnahme durch den Menschen aufgrund der aktuellen Datenlage nicht abschließend bewertet werden kann (Drucksache 19/21311). Allerdings seien gesundheitliche Beeinträchtigungen bei einer realistischen Exposition sehr unwahrscheinlich.

Ähnlich verhält es sich bei der Risikoeinschätzung zur Gefahr von POPs und Additiven wie Weichmachern. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (European Food Safety Authority, EFSA) schätzt dieses Risiko als sehr gering ein. Es kann jedoch zurzeit nicht ausgeschlossen werden, dass über das Mikroplastik ein Risiko für die Verbrauchersicherheit besteht.

Eine Studie von van Cauwenberghe und Kollegen aus dem Jahr 2015 verdeutlicht dies in einer Beispielrechnung. In Gemeinen Miesmuscheln, welche vor den Küsten Frankreichs, Belgiens und der Niederlande gesammelt wurden, wurden im Schnitt 0,2 Mikroplastikpartikel pro Gramm Muschel gefunden. Nun berechneten die Forschenden anhand von Literaturdaten im Zusammenhang mit PCB (polychlorierte Biphenyle) und Mikroplastik, dass eine Mahlzeit von 300 g Muscheln lediglich 0,06 % des TDI (engl. tolerable daily intake, akzeptable tägliche Aufnahmemenge) von PCB erreicht. Der TDI ist die Schätzung der Menge eines Stoffes, die über die gesamte Lebenszeit täglich ohne spürbare Auswirkungen auf die Gesundheit aufgenommen werden kann.

Welchen Einfluss hat Mikroplastik auf die (aquatischen) Ökosysteme?

Insgesamt sind die Folgen von Mikroplastik für die Ökosysteme zurzeit noch nicht voll absehbar, da die Datenlage eine abschließende Beurteilung nicht zulässt. Die Wissenslücken sind sehr groß. Das Schadpotenzial von Mikroplastik kann aufgrund der Vielfalt (Form, Größe, Polymertyp) und der möglichen weiteren Kontamination mit Additiven, persistenten organischen Verbindungen (POPs) oder metallischen Schadstoffen (z. B. Blei) nicht verallgemeinert werden.

Trotz weiterhin großer Wissenslücken sind die Folgen und das Schadpotenzial von Mikroplastik in marinen bzw. aquatischen Ökosystemen im Vergleich zu anderen Umgebungen besser erforscht. Insgesamt gilt Mikroplastik (inkl. der potenziellen Kontamination mit weiteren Schadstoffen) als eine der größten Gefahren für die marine Biodiversität (Artenvielfalt) weltweit. Das heißt, das omnipräsente Mikroplastik kann über den Einfluss auf Individuen hinaus (bspw. eine einzelne Miesmuschel, welche Mikroplastik aufgenommen hat) starke Einflüsse auf Populationen, Artengemeinschaften und schlussendlich auf das gesamte Ökosystem haben.

Eine große Rolle bei der Aufnahme von Mikroplastik spielen Invertebraten (Wirbellose), also Krebstiere (auch Zooplankton) oder Muscheln und andere Weichtiere, welche häufig über Filtration relativ unspezifisch Partikel aus dem umgebenden Wasser fressen. Eine Miesmuschel oder Auster bspw. hat nur wenig Einfluss auf die Partikel, die sie filtriert. Das Mikroplastik und die ggf. anhaftenden Schadstoffe können nun auf verschiedenen Ebenen innerhalb des Organismus Reaktionen auslösen, z. B. oxidativen Stress, Entzündungsreaktionen, Stoffwechselstörungen, Störungen des Hormonsystems, verringerte Fruchtbarkeit oder Krebs. Diese Auswirkungen können aber nicht verallgemeinert werden, da sie stark von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Mikroplastiks abhängen und sich auch bezüglich der anhaftenden Schadstoffe unterscheiden. Laut einer vergleichenden Studie aus dem Jahr 2016 überwiegt bspw. in den meisten aquatischen Lebensräumen die Akkumulation von hydrophoben organischen Chemikalien durch Aufnahme natürlicher Nahrung im Vergleich zur Aufnahme dieser Stoffe mit Mikroplastik. Die Autoren halten es daher für unwahrscheinlich, dass die Exposition gegenüber diesen Chemikalien und das davon ausgehende Risiko in der marinen Umwelt durch Mikroplastik gesteigert werden.

Durch Leaching von Schadstoffen aus dem Mikroplastik besteht ebenfalls Gefährdungspotenzial für die Umwelt, welches nicht direkt durch das Plastik hervorgerufen wird. Über die Nahrungskette werden das Mikroplastik und die Schadstoffe an verschiedene Artengruppen weitergegeben und reichern sich an (Bioakkumulation). Dies kann ganze Ökosysteme beeinflussen, indem sich das Verhalten, Nahrungsnetze oder auch die Artenzusammensetzung verändern.

Sind Fische und Meeresfrüchte mit Mikroplastik belastet?

Mikroplastik ist omnipräsent und findet sich nahezu überall. Im Vergleich zu anderen Lebensräumen und Artengruppen ist Mikroplastik in Fischen und Meeresfrüchten verhältnismäßig besser untersucht. Mikroplastik kann von den Lebewesen direkt (Verwechslung mit Nahrung, Filtration) oder indirekt aufgenommen werden. Meist werden die Partikel wieder ausgeschieden. Es kann jedoch vorkommen, dass dies nicht passiert und sich das Mikroplastik somit anreichert. Werden die Lebewesen dann zur Beute von Räubern, werden die Partikel über die Nahrungskette weitergegeben. Es existieren Studien, die Mikroplastik im Verdauungstrakt aquatischer Lebewesen nachgewiesen haben. Die POPs und andere Additive können im Verdauungstrakt freigesetzt werden und so in den Organismus gelangen.

In der Aquakultur kann Mikroplastik durch das Haltungswasser, v. a. in offenen Systemen wie Teichen, Durchflussanlagen oder Netzgehegen, aber auch in geschlossenen Systemen (Kreislaufanlagen) oder durch das Futter in die Organismen gelangen. Die extensive Aquakultur von Muscheln, welche sich natürlich durch Filtration ernähren, unterscheidet sich kaum vom natürlichen Vorkommen bzw. von der natürlichen Lebensweise.

In den meisten Fällen, v. a. bei Fischprodukten, bei Krebstieren bedingt je nach Zubereitung, wird der Verdauungstrakt nicht vom Menschen verzehrt. Es ist nicht bekannt, ob über solche Produkte ebenfalls Mikroplastik mitverzehrt wird. Allerdings legen Laborversuche nahe, dass die Partikel ebenfalls in die Muskeln (Filet) gelangen können. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass durch die Weiterverarbeitung und Verpackung nachträglich Mikroplastik in das Produkt gelangen kann. Bei Muscheln und Weichtieren jedoch wird meist der gesamte Organismus verspeist. Dies schließt den Verdauungstrakt mit ein.

Weltweit gibt es eine Vielzahl von abgeschlossenen oder laufenden Forschungsprojekten zur Detektion von Mikroplastik in Fischen und Meeresfrüchten und deren Erzeugnissen. Auch in Deutschland wird an diesem Thema geforscht. Unter anderem das Max Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Milch und Fisch (Projekt Mikroplastik in Fischereierzeugnissen), und das Thünen-Institut für Fischereiökologie (Projekt PlasM – Mikroplastik im Fisch) sind hier zu nennen. Es werden entsprechend weitere Erkenntnisse über Mikroplastik in Fischen erwartet.

Der Nachweis von Mikroplastik in Fischen und Meeresfrüchten aus Aquakulturen und Wildfang wurde in zahlreichen Studien für verschiedene Arten erbracht (siehe Tabelle unten). Der Fokus dieser Studien liegt auf Muscheln und dem Verdauungstrakt von Fischen. Pelagische Fische, die oft im Ganzen verzehrt werden, sowie Muskelfleisch (Filet) von Fischen sind bisher unterrepräsentiert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass besonders im Ganzen verzehrte Muscheln zur Aufnahme von Mikroplastik durch den Menschen beitragen können. In Fischen und Krebstieren wurden vor allem im Verdauungstrakt (Verzehr selten) wenige und nur in einem (z. T. kleinen) Anteil der beprobten Individuen Partikel nachgewiesen. Im Vergleich zu anderen Wegen der Aufnahme durch den Menschen macht der Verzehr von Fischen und Meeresfrüchten wahrscheinlich nur einen kleinen Anteil des Mikroplastiks aus. Zum jetzigen Zeitpunkt ist auf Basis der vorhandenen Daten keine Einschränkung der Produktsicherheit von Fischen und Meeresfrüchten für den Verzehr nachweisbar.

Auswahl* an Studien mit Nachweisen von Mikro- bzw. Nanoplastik in Fisch und Meeresfrüchten:

* Es werden laufend neue Studien zum Thema veröffentlicht. Es handelt sich hierbei um eine Auswahl an Studien, zahlreiche weitere Belege wurden von Barboza et al. 2018 zusammengefasst (siehe Referenzen). ** Keine Unterscheidung des Polymertyps (PE, PP, PA usw.); Angaben entsprechen minimalen und maximalen Nachweisen über alle Typen. *** Name des Autors und Erscheinungsjahr der Publikation; Details s. u. Referenzen.