12. Juni 2023 Ι Kunststoffpartikel unter fünf Millimeter Größe, auch bekannt als Mikroplastik, setzen sich oft weit entfernt vom ursprünglichen Entstehungsort ab. Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt -Forschende haben nun ein Modell entwickelt, mit dem sich die Konzentration von Mikroplastik in Schweizer Gewässern berechnen lässt.

15.000 Tonnen Mikroplastik gelangen jährlich in Schweizer Gewässer

Jährlich gelangen 14.000 Tonnen Plastik in Schweizer Böden und Gewässer. Ein Teil davon liegt als Mikroplastik vor: Partikel im Mikro- bis Millimeterbereich. Mikroplastik hat viele Quellen, etwa Kosmetika oder Kunstfaserkleidung. Auch durch Abrieb und Zersetzung von größeren Plastikstücken, sogenanntem Makroplastik, entstehen Mikroplastikpartikel.

Aufgrund seiner geringen Größe gelangt Mikroplastik besonders leicht in die Gewässer. Rund 15 Tonnen der kleinen Partikel landen jährlich in den Schweizer Flüssen und Seen. Die Konzentration von Mikroplastik im Wasser zu messen ist kein einfaches Unterfangen, denn die winzigen Plastikstückchen lassen sich oft nur schwer von Partikeln natürlichen Ursprungs unterscheiden, und ihre Menge variiert stark mit der Zeit und dem Ort der Messung sowie mit dem verwendeten Messverfahren.

Ein Modell soll die Konzentration von Mikroplastik in Gewässern landesweit vorhersagen

Will man sich ein Gesamtbild der Mikroplastikbelastung in den Flüssen und Seen einer größeren Region machen, etwa der ganzen Schweiz, reichen Messungen alleine nicht aus. Deshalb haben die Empa-Forscher David Mennekes und Bernd Nowack im Auftrag des Bundesamts für Umwelt (BAFU) nun ein Modell entwickelt, das die Konzentration von Mikroplastik in Gewässern landesweit vorhersagen kann.

Als Grundlage diente den Forschern ein 2020 entwickeltes Modell, das aufzeigt, wo und in welchen Mengen die sieben häufigsten Kunststoffe als Makro- und Mikroplastik in die Umwelt freigesetzt werden: Polyethylen (LD-PE und HD-PE), Polypropylen, Polystyrol und expandiertes Polystyrol, PVC und PET, wie sie in Verpackungen, Textilien, Isolationsmaterial und Landwirtschaftsfolien zum Einsatz kommen. „Nachdem wir zeigen konnten, wo und wie viel Kunststoff in die Umwelt gelangt, war es der logische nächste Schritt, ihre Konzentration aufzuzeigen“, erklärt Nowack.

Großstädte belasten Gewässer

Gemäß dem neuen Modell bleibt rund die Hälfte des Mikroplastiks, das in die Schweizer Gewässer gelangt, im Lande. Rund ein Drittel der Gesamtmenge setzt sich dabei in den Seen ab, der Rest in den Flüssen. Die genaue Verteilung von Mikroplastik ist allerdings mitunter komplex: Ein längerer Fluss hält nicht automatisch mehr Partikel zurück als ein kürzerer. Vielmehr bestimmen das Einzugsgebiet, die Staustufen und die Seen, wie viel Mikroplastik im Fluss verbleibt und wie viel weitertransportiert wird.

Besonders hohe Belastungen bestehen – nicht überraschend – flussabwärts von Großstädten. Am meisten Mikroplastik enthält der Rhein in der Nähe von Basel: Rund viereinhalb Tonnen davon transportiert der Fluss jährlich Richtung Deutschland. Dies ist auch der Aare geschuldet, die, zusammen mit ihren Zuflüssen Reuss und Limmat, drei der größten Städte der Schweiz entwässert, bevor sie in den Rhein mündet: Bern, Zürich und Luzern.

„Messungen sind nur punktuell möglich. Mit unserem Modell können wir dagegen die Mikroplastikbelastung im ganzen Land berechnen“, resümiert Nowack. „Ausserdem lässt sich damit abschätzen, welchen Effekt Verhaltensänderungen oder staatliche Massnahmen auf die Konzentrationen von Mikroplastik hätten.“ Die Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler letzte Woche in der Zeitschrift «Nature Water».

Das Modell lässt sich auch auf andere Länder und Gebiete anwenden. Nowack und Mennekes fokussieren sich derweil auf die Schweiz. Sie arbeiten bereits an einem vergleichbaren Modell, um die Menge von Makroplastik – etwa PET-Flaschen und Plastiktüten – in Gewässern vorhersagen zu können. In einem nächsten Schritt könnten die modellierten Plastikkonzentrationen auch dazu verwendet werden, das Risiko für die Umwelt in den jeweiligen Regionen abzuschätzen.

Originalpublikation:
D Mennekes, B Nowack; Predicting microplastic masses in river networks with high spatial resolution at country level; Nature Water (2023); doi: 10.1038/s44221-023-00090-9