Die Verschmutzung durch Plastik ist allgegenwärtig, wo man sie erwartet und wo man sie nicht erwartet, in ihren kleinsten Formen. Die Herausforderung besteht heute darin, die Folgen dieser Verschmutzung zu ermessen.
Es gibt die Verschmutzung, die man sieht, an den Stränden, an den Strassenrändern, in den offenen Mülldeponien. Und dann gibt es die, die man nicht sieht, auf dem Gipfel des Mount Everest, auf dem Grund des Marianengrabens, in den Wolken, in den Gebäuden, im Wasser, in den Lebensmitteln, in unserem Blut, in unserem Gehirn. Heute ist die Plastikverschmutzung bis in den letzten Winkel unserer Ökosysteme und unseres Körpers vorgedrungen. Jedes Mal, wenn Wissenschaftler suchen, werden sie fündig.
Das Problem der Plastikverschmutzung ist, dass die Polymere im Laufe der Zeit immer kleiner werden, ohne jemals zu verschwinden. Sie entsteht durch die Zerkleinerung der 52 Millionen Tonnen, die jedes Jahr in der Natur zurückgelassen werden, sowie durch den Abrieb all unserer Gebrauchsgegenstände, von Reifen über Kleidung bis hin zu Kosmetika, die Plastik enthalten. Das Ergebnis ist Mikroplastik, eine sehr grosse Kategorie, die Rückstände zwischen 5 mm und einem Mikrometer umfasst - ein Haar misst 100 Mikrometer - und Nanoplastik, das kleiner als ein Mikrometer ist. "Selbst in den besten Kläranlagen, wie sie in unseren Ländern existieren, ist es unmöglich, Nanoplastik loszuwerden", erklärt Florian Breider, Leiter des Zentralen Umweltlabors der EPFL. Wenn es zum Beispiel ein Gewitterereignis gibt, kommt zu viel Wasser in der Kläranlage an, und ein Teil des Stroms wird durch einen Regenüberlauf, eine Art Bypass, fliessen, der das Wasser direkt in die Umwelt leitet."
Ein grosses Verwirrspiel
Wir nehmen diese Nanowelt also auf, indem wir in einen Salat beissen, trinken oder - nach ihrer Migration - einen Kaffee aus einem mit Plastikfolie ausgekleideten Pappbecher schlürfen oder eine aufgewärmte Lasagne aus einem Polymerbehälter geniessen. Auch durch Einatmen sind wir potenziell Kunststoffen ausgesetzt. Dabei kommt es auf die Grösse der Rückstände an: "Nanoplastik kann potenziell sehr tief eindringen, Zellwände überwinden und in die Muskeln einiger Organismen gelangen", erklärt der Forscher. Mikroplastik hingegen kondensiert eher im Verdauungs- oder Atmungssystem."
Selbst in den besten Kläranlagen, wie es sie in unseren Ländern gibt, ist es unmöglich, Nanoplastik loszuwerden.
Florian Breider, Leiter des Zentralen Umweltlabors
Ist das gefährlich, Doktor? das Problem mit Kunststoffen und der Bewertung ihrer Auswirkungen auf Ökosysteme oder den Menschen ist, dass die Gleichung extrem komplex ist", erklärt Florian Breider. Einerseits gibt es viele verschiedene Polymere, die miteinander vermischt werden können. Andererseits werden viele Zusatzstoffe hinzugefügt. Wenn man die Nebenprodukte des Abbaus und der Verarbeitung, die Metaboliten, hinzurechnet, hat man am Ende Tausende von Verbindungen und Kombinationen."
Man kann die Verschmutzung durch Kunststoffe in der Tat nicht von der chemischen Verschmutzung trennen. Den Polymerpartikeln werden zahlreiche Hilfsstoffe zugesetzt, um ihnen Farbe, Textur, eine gewisse Alterungsbeständigkeit oder weichmachende Eigenschaften zu verleihen, was die Phthalate leisten. "Sobald diese Stoffe in den Körper oder in die Umwelt gelangen, diffundieren sie aus dem Kunststoff heraus. Es ist bekannt, dass sich unter diesen Phthalaten zum Beispiel endokrine Disruptoren befinden. Antioxidantien, die den Kunststoff vor dem Abbau durch UV-Strahlung schützen, sind nicht immer direkt giftig. Aber sobald sie metabolisiert werden, können die Metaboliten toxisch sein", argumentiert der Forscher.
Der Fisch - oder ist es das Gift? - ist immer noch in einer lückenhaften und laxen Kennzeichnung enthalten. "Es kommt vor, dass die Angaben auf einem Produkt falsch sind und die Zusatzstoffe nicht aufgelistet werden. Das ist ein Hindernis für die Forschung, denn es liegt an uns, sie zu finden. Kurz gesagt, wir stehen vor einer riesigen Gleichung: verschiedene Quellen, extrem unterschiedliche Verwendungszwecke, sehr breite Polymerzusammensetzungen, eine hohe Komplexität an Zusatzstoffen, eine Vielzahl von Nebenprodukten und Unbekanntes über ihr Verhalten in der Umwelt und ihre Lebensdauer."
Gezielte und restriktive Studien
Infolgedessen ist die Forschung eingeschränkt. "Man kann nur sehr gezielte Studien in einem genau definierten Rahmen durchführen, bei denen die Antwort nicht verallgemeinert werden kann und nicht immer ganz klar ist", bedauert Florian Breider. Zumal es oft schwierig ist, einen kausalen Zusammenhang herzustellen, weil man noch vielen anderen Dingen ausgesetzt ist." Die Forschung am Menschen ist umso komplexer, da der Zugang zu Proben eingeschränkt ist und man Analysemethoden, die z. B. bei Fischen angewendet werden, nicht auf den Menschen übertragen kann. "Oft fehlen auch die Basisdaten oder ein Referenzpunkt. Daher ist es entscheidend, Technologien zu entwickeln, um diese Messungen durchzuführen, und Strategien, um Studien durchzuführen, die innerhalb des ethischen Rahmens bleiben."
Dennoch geben die Wissenschaftler nicht auf. Das Labor von Florian Breider beschäftigt sich zum Beispiel mit der Exposition über die Atemwege. In Zusammenarbeit mit dem Schweizer Zentrum für angewandte Humantoxikologie untersucht es, wie Kunststoffe und Zusatzstoffe, die in den Lungenstrom gespült werden, verstoffwechselt werden und welche Auswirkungen sie auf das Lungengewebe haben. "Es ist eine Studie, die wir in vitro durchführen können, so dass wir uns nicht mit der Frage der Suche nach Freiwilligen und den ethischen Aspekten auseinandersetzen müssen", freut sich der Wissenschaftler.
Reifen, eine emblematische Umweltverschmutzung
Im Jahr 2020 sorgte eine in Science veröffentlichte Studie für Aufsehen: Ein Reifenbestandteil führte bei Coho-Lachsen im Nordwestpazifik zu einer erhöhten Sterblichkeit. Ein Abbauprodukt des Antioxidans 6PPD-Chinon, das die Reifen vor den Folgen des Ozons in der Stadtluft schützt, ist für einige Arten giftig. "Zu lange ignoriert, macht die Plastikverschmutzung durch Reifen 30 % des Mikroplastiks im Genfersee aus", erinnert Florian Breider, dessen Labor bereits mehrere Studien über dieses Antioxidans durchgeführt hat. Ein Anteil, der sich auch auf globaler Ebene findet.
Im Gegensatz zur Verschmutzung durch Verpackungen gelangen die Partikel und Additive aus Reifen direkt in die Umwelt. Und die Mengen sind beträchtlich: Zwischen 800 g und 1 kg Reifenpartikel pro Person und Jahr in der Schweiz. man findet sie natürlich in städtischen Gebieten, aber wir haben auch Spuren in hochgelegenen Seen fernab von Strassen gefunden", bedauert der Forscher. Sie werden durch den Wind oder bei Gewittern mit Regen transportiert."
Sein Labor hat sich in Zusammenarbeit mit der Universität Genf auf die Suche nach Reifenrückständen bis in die Sedimente des Genfersees begeben. Die Bohrungen wurden unter der Plattform LéXPLORE vorgenommen, einem schwimmenden Labor, das aus einer Zusammenarbeit zwischen der EPFL, der Unil, der Unige, der Eawag und Carrtel hervorgegangen ist. "Dank der Zeitsignatur der Atomtests und der Katastrophe von Tschernobyl konnten wir die Statistiken der Fahrzeuge, die seit 1900 auf den Strassen unterwegs waren, miteinander vergleichen und die neuen Bestandteile der Reifenzusammensetzung im Laufe der Zeit messen. Die zeitliche Entwicklung korreliert sehr gut mit der Anzahl der in der Schweiz verkehrenden Fahrzeuge", erläutert der Forscher.
Das Thema ist wichtig, da Menschen stark exponiert sind und die Auswirkungen auf die Gesundheit bislang unbekannt sind. Nach dem Skandal auf der anderen Seite des Atlantiks hat der Bundesrat 2023 einen Bericht zu diesem Thema veröffentlicht. Er argumentiert, dass es notwendig ist, die Risiken für die Umwelt und die menschliche Gesundheit besser zu verstehen und nach Lösungen zu suchen, um die Auswirkungen dieser Produkte zu begrenzen. Wenn die Industrie nach einem Ersatz sucht, hat sie ihn noch nicht gefunden. "Die Herausforderung besteht darin, die Formel zu ändern, ohne die Eigenschaften des Produkts zu verändern, und sicherzustellen, dass der Ersatzstoff nicht schlechter ist als das Original", stellt Florian Breider fest.
"Die Problematik der Reifen ist interessant", fährt der Wissenschaftler fort. In den westlichen Ländern ist sie hauptsächlich auf die mit Partikeln verbundenen Emissionen ausgerichtet. Aber wenn unsere Reifen abgefahren sind, gehen sie oft nach Afrika. Dort werden sie wiederverwendet, und wenn sie wirklich am Ende sind, werden sie zu Sandalen oder anderen handgefertigten Produkten verarbeitet. Ein Teil davon landet auch auf der Müllhalde unter freiem Himmel. In Vietnam haben alte Reifen von Zweirädern das Betonsubstrat in der Austernzucht ersetzt... Es ist notwendig, darüber nachzudenken, wie diese Kunststoffe verwendet und recycelt werden"
Dieser Artikel wurde in der Dezember-Ausgabe 2025 des Magazins Dimensions veröffentlicht, das mit ausführlichen Dossiers, Interviews, Porträts und Nachrichten die Spitzenleistungen der EPFL hervorhebt. Das Magazin wird auf dem Campus der EPFL kostenlos verteilt.
