Bioabbaubarkeit von Kunststoffen vorantreiben Ein Problem, das sich selbst auflösen könnte: Plastikmüll im Ozean

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Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

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Ist die Plastikvermüllung noch zu stoppen? Forschende des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung setzen auf besser biologisch abbaubare Kunststoffe. Sie untersuchen bestehende Strategien und zeigen ergänzende Wege auf, den Plastikabfall in Meeren und an Land zu reduzieren. Doch noch gibt es die dafür nötigen Kunststoffe der „dritten Generation“ nicht.

Im Jahr 2022 wurden weltweit 400 Millionen Tonnen Plastik produziert, von denen drei bis fünf Prozent in der Umwelt landen. Das wirkt sich nicht nur fatal auf marine und terrestrische Ökosysteme und deren Bewohner aus, auch Tourismus, Fischerei und das menschliche Wohlergehen werden durch Meeresmüll stark beeinträchtigt. Rund zwei Milliarden Menschen sind nicht an ein funktionierendes Abfallentsorgungssystem angeschlossen, viele von ihnen leben in tropischen Ländern.

Plastikmüll überdauert in der Umwelt Jahrzehnte und länger. Dort wird er nicht biologisch abgebaut, sondern zerfällt zu Mikro- oder Nanoplastik, mit gravierenden Folgen insbesondere für marine Ökosysteme. Meeresmüll hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zu einer der großen globalen Herausforderungen entwickelt; das Unterziel (SDG 14.1) des UN-Nachhaltigkeitsziels 14 („Leben unter Wasser“) spricht sich für eine erhebliche Verringerung bis 2025 aus.

Doch bisher ist kein Ende der Vermüllung in Sicht. Selbst bei einer sofortigen und konzertierten Aktion zur Verringerung des Verbrauchs würden bis 2040 mehr als 700 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle in die aquatischen und terrestrischen Ökosysteme gelangen.

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Bestreben für nachhaltige Kunststoffe

Die Umweltwissenschaftlerin Rebecca Lahl und der Nachhaltigkeitsforscher Raimund Bleischwitz vom Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) haben sich ausgiebig mit verschiedenen Lösungsansätzen zur Bekämpfung des Plastikmülls in den Meeren beschäftigt. In ihrer Publikation analysieren sie die Vor- und Nachteile bereits eingesetzter Instrumente.

Sie nehmen dabei Konzepte des Abfallmanagements im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ebenso in den Fokus wie technologische Ansätze (Plastikmüllfänger im Meer) oder Forderungen, Hersteller mehr in die Verantwortung zu nehmen, und Aufklärungskampagnen zur Änderung Konsumverhalten fortzusetzen.

„Diese Maßnahmen müssen weiterhin umgesetzt und ausgebaut werden, sie reichen aber nicht, um das Plastikproblem zu bewältigen“, sagt Lahl, Erstautorin der Studie. „Unser Lösungsvorschlag setzt viel früher an – nämlich bei der Entwicklung der für die Plastikproduktion eingesetzten Chemikalien und Materialien.“

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Der EU-Standard ‚Safe and Sustainable by Design‘ (SSbD)

Als ergänzende Strategie schlagen die ZMT-Forschenden vor, in Zukunft biologisch abbaubare Kunststoffe zu entwickeln, die auf dem europäischen Konzept ‚Safe and Sustainable by Design‘ (SSbD) basieren. Mit diesem Ansatz will die Europäische Kommission im Rahmen des 2019 verabschiedeten ‚Green Deals‘ die Entwicklung von Chemikalien, Materialien und Produkten voranbringen, bei denen Sicherheit und Nachhaltigkeit in jeder Phase des Lebenszyklus im Vordergrund stehen.

Insbesondere für Kunststoffe, die vorhersehbar und unweigerlich in die Umwelt gelangen und dort Hunderte von Jahren überdauern können (‚ewige‘ Kunststoffe) sei eine derartige Lösung erforderlich. Es gelte, unsichere, nicht nachhaltige und nicht essenzielle Kunststoffchemikalien, Polymere und Produkte aus der Wirtschaft zu ersetzen, fordern die ZMT-Autoren.

So geht es bei ‚Safe and Sustainable by Design‘ etwa darum Kunststoffe so zu entwickeln, dass sie nach Entsorgung in Bestandteile zerfallen, die keine Gefahr für die Umwelt oder den Menschen darstellen oder sich für Wiederverwendung, Abfallsammlung, Sortierung und Recycling/Upcycling eignen.

„Biologisch abbaubare Kunststoffe nach SSbD-Kriterien bieten Innovationsperspektiven und können eine zusätzliche Strategie zur Bewältigung des Plastikmülls in den Ozeanen, aber auch an Land sein“, meint ZMT-Forscherin Lahl. Co-Autor Bleischwitz, Experte für Kreislaufwirtschaft am ZMT und Professor für Globale Nachhaltige Ressourcen an der Universität Bremen, ergänzt: „So können neue Materialien geschaffen werden, die von Natur aus sicher für die menschliche Gesundheit und die Umwelt sind und gleichzeitig die langfristige ökologische, wirtschaftliche und soziale Nachhaltigkeit fördern.“

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Die erste Generation abbaubarer Kunststoffe kam schon in den Siebzigern

Die Forschenden des ZMT bezeichnen auf Grundlage von ‚SSbD‘ entwickelte Materialien als „biologisch abbaubare Kunststoffe der dritten Generation“. Bereits in den siebziger und achtziger Jahren habe die Industrie auf biologische Abbaubarkeit gesetzt, sei aber in diesem frühen Ansatz der ersten Generation gescheitert.

„Der größte konzeptionelle Fehler bestand zu jener Zeit darin, bei den Polymeren der ‚ewigen‘ Kunststoffe zu bleiben. Und dann wurden sie zu früh und ohne ausreichende Validierung durch Abbaubarkeitstests auf den Markt gebracht und als Lösung des Plastikproblems kommuniziert“, erklärt Bleischwitz.

In den neunziger Jahren verlagerte sich der Fokus auf natürliche Polymere. „Die Natur stand Pate für diese ‚zweite Generation‘ biologisch abbaubarer Plastikprodukte“, sagt Bleischwitz‘ Kollegin Lahl. „Typische Polymere in der Natur sind Proteine, Polysaccharide, Lignin und Naturkautschuk, die im Extremfall Jahrzehnte überdauern und sich dann in harmlose natürliche Bausteine wie Zucker zerlegen.“

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Zweite und dritte Generation – Pfad in die Zukunft

Biologisch abbaubare Kunststoffe der „zweiten Generation“ (die also auf natürlichen Polymeren basieren) haben derzeit nur einen Anteil von rund 0,5% der weltweit auf dem Markt befindlichen Kunststoffe. Die ZMT-Experten sehen sie zwar als Fortschritt an im Vergleich zu den ‚ewigen‘ Kunststoffen ihrer Vorgänger. Doch auch hier müsse die Entwicklungsarbeit weitergehen, um Kunststoffe zu kreieren, die in der Gebrauchsphase ausreichend stabil sind und sich in der (Meeres-)Umwelt in ausreichend kurzer Zeit abbauen.

Mit dem Ansatz ‚Safe and Sustainable by Design‘ könnte nun eine dritte Generation von biologisch abbaubaren Kunststoffen in den Startlöchern stehen und Hoffnung im Kampf gegen Plastikmüll versprechen, so die Forschenden des ZMT.

„Noch gibt es diese Kunststoffe nicht, aber wenn der Gesetzgeber in Europa für Kunststoffe wie Mikroplastik oder Verpackungsfolien eine definierte Abbaubarkeit fordert, müssen Kunststoffe auf dieses Ziel hin optimiert werden“, argumentiert Lahl. „Unter diesem Gesichtspunkt wären Polymermoleküle nicht mehr ewig stabil, sondern würden in kürzerer Zeit abgebaut. Für abbaubare Kunststoffe muss daher ein sehr hoher Sicherheitsstandard auch in Bezug auf die Zusatzstoffe, so genannte Additive, gelten.“

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Zehn Kunststoffbereiche, die biologisch abbaubar werden müssen

Konkret schlagen die ZMT-Experten vor, solche nach dem SSbD-Prinzip zu entwickelnde biologisch abbaubare Kunststoffe, vor allem für Produkte zu verwenden, die in die Umwelt (Meer oder Boden) gelangen. Die folgenden Kunststoffe sollten ihrer Ansicht nach in die Innovationsbemühungen um biologische Abbaubarkeit einbezogen werden:

• 1. sämtliches Mikroplastik, das weiterhin in Verbraucherprodukten wie Reinigungsmitteln, Scheuersalzen oder Kosmetika und Pflegeprodukten (z. B. Zahnpasta) verwendet werden darf

• 2. Mikroplastik, das in Farben, Lacken, Beschichtungen und Dichtungsmitteln für den Bausektor verwendet wird und einer intensiven Verwitterung ausgesetzt ist

• 3. Gummierzeugnisse wie Autoreifen, die während des Gebrauchs in relevantem Umfang als Mikroplastik in die Umwelt abgegeben werden

• 4. Kunststoffartikel oder Gewebe für Reinigungsarbeiten, die während der Nutzungsphase einem intensiven Abrieb ausgesetzt sind (Putztücher, Schwämme, Trockentücher, Putzlappen usw.)

• 5. landwirtschaftliche Kunststoffprodukte wie Saatgut- und Düngemittelverpackungen, dünne Mulchfolien, Pflanzensamen, Baumschutzrohre, die nicht aus dem Boden entfernt werden

• 6. Fischernetze (insbesondere Schleppnetze) und andere Kunststoffprodukte für den Fischfang

• 7. Textilien für den intensiven Gebrauch im Wasser (z.B. Matten, Spritzschutz, Badeanzüge etc.)

• 8. kleine Kunststoffteile wie Feuerwerkshüllen

• 9. ausgewählte volumenrelevante Lebensmittelverpackungen

• 10. sonstige Einwegartikel (z.B. Zigarettenstummel)

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Erst regulieren, dann entwickeln?

Die Forderungen der ZMT-Forschenden mögen ungewöhnlich oder utopisch klingen, fordern sie doch nicht nur einen Paradigmenwechsel in der Produktion von Plastik, sondern auch „disruptive Innovationen in einer neu entstehenden neuen Lieferkette“. Betreten sie mit ihrem Ansatz vielleicht sogar regulatorisches Neuland?

Bleischwitz meint: „Es gibt viele Beispiele, vor allem auf EU-Ebene, bei denen Innovationen durch ehrgeizige Standards erst angestoßen wurden. In der Vergangenheit wurden etwa für Industrieanlagen oder Autos Emissionsgrenzwerte festgelegt, für die die notwendige Technik erst nachträglich entwickelt wurde.“

Lahl ergänzt: „Wer die Entwicklungen bei den herkömmlichen Kunststoffen analysiert, wird feststellen, dass das Design der Produkte in den letzten Jahrzehnten immer raffinierter und besser geworden ist. Eine einfache Folie zur Verpackung von Fleisch oder Käse besteht heute aus mehreren verschiedenen Schichten, die diese Folie zu einem Hightech-Produkt machen. Auf dieses neue Gestaltungspotenzial setzen wir.“

Regulationen und Gesetze

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Originalpublikation: Lahl, R., Bleischwitz, R., Lahl, U., Zeschmar-Lahl, B.: Third-generation biodegradable plastics – A complementary strategy to tackle the marine litter problem. Sustainable Chemistry and Pharmacy 44, (2025).; DOI: 10.1016/j.scp.2025.101925

(ID:50384213)