Reifenabrieb-Mikroplastik: Wie Biomassefilter Gewässer schützen können

Alle paar Jahre nutzt sich das Reifenprofil eines Autos ab, sodass neue Reifen fällig werden. Doch wohin verschwindet das Material, das dabei von den Reifen verloren geht?

Die ernüchternde Antwort lautet: Häufig gelangt es in Gewässer. Die winzigen Mikroplastikpartikel aus dem synthetischen Gummi der Reifen transportieren verschiedene Chemikalien, die auf Fische, Krabben und möglicherweise sogar auf Menschen übergehen können, die diese Tiere verzehren.

Wir sind analytische Chemiker und Umweltchemiker und untersuchen Methoden, mit denen sich dieses Mikroplastik – ebenso wie die von ihm mitgeführten giftigen Chemikalien – entfernen lässt, bevor es Gewässer und die dort lebenden Organismen erreicht.

Mikroplastik, ein Problem riesigen Ausmaßes

Jedes Jahr gelangen weltweit Millionen Tonnen Plastikmüll in die Ozeane. Untersuchungen der jüngeren Zeit zufolge machen Partikel aus Reifenabrieb in terrestrischen und aquatischen Systemen rund 45 % sämtlicher Mikroplastikpartikel aus.

Während Reifen über Straßen rollen, geben sie kleinste Mikroplastikpartikel ab. Regen spült diesen Reifenabrieb in Straßengräben, von wo aus er in Bäche, Seen, Flüsse und Meere weitergeleitet wird.

Auf diesem Weg nehmen Fische, Krabben, Austern und andere Wasserlebewesen die Partikel aus Reifenabrieb häufig mit ihrer Nahrung auf. Mit jedem Bissen gelangen auch hochgiftige Chemikalien in die Fische, die sowohl ihnen selbst als auch den Tieren schaden können, die sie später fressen.

Einige Fischarten, darunter Regenbogenforellen, Bachforellen und Silberlachse, sterben an giftigen Chemikalien, die mit Partikeln aus Reifenabrieb in Verbindung stehen.

Forschende stellten 2020 fest, dass mehr als die Hälfte der Silberlachse, die in Bäche im Bundesstaat Washington zurückkehrten, vor dem Laichen starben. Hauptursache war offenbar 6PPD-Q, eine Chemikalie, die aus 6PPD entsteht. Dieser Stoff wird Reifen zugesetzt, um ihren Abbau zu verlangsamen.

Die Auswirkungen von Reifenabriebpartikeln beschränken sich jedoch nicht auf Wasserorganismen. Menschen und Tiere können gleichermaßen luftgetragener Reifenabriebpartikel ausgesetzt sein – insbesondere dann, wenn sie in der Nähe großer Verkehrsachsen leben.

Eine Untersuchung in China wies dieselbe Chemikalie, 6PPD-Q, auch im Urin von Kindern und Erwachsenen nach. Die Folgen dieser Chemikalie für den menschlichen Körper werden weiterhin erforscht. Neuere Studien zeigen jedoch, dass ihr Kontakt mehrere menschliche Organe schädigen könnte, darunter Leber, Lunge und Nieren.

In Oxford im US-Bundesstaat Mississippi fanden wir nach zwei Regenereignissen in 24 Litern Regenwasserabfluss von Straßen und Parkplätzen mehr als 30.000 Partikel aus Reifenabrieb. In Bereichen mit starkem Verkehr gehen wir davon aus, dass die Konzentrationen deutlich höher sein könnten.

Der Interstate Technology and Regulatory Council, ein von US-Bundesstaaten geführter Zusammenschluss, empfahl 2023, Alternativen zu 6PPD in Reifen zu identifizieren und einzusetzen, um die Menge von 6PPD-Q in der Umwelt zu verringern. Reifenhersteller erklären allerdings, dass es bislang keinen geeigneten Ersatz gibt.

Was können Gemeinden gegen Reifenabrieb unternehmen?

An der University of Mississippi erproben wir nachhaltige Verfahren, um Partikel aus Reifenabrieb mithilfe leicht verfügbarer, kostengünstiger Naturmaterialien aus landwirtschaftlichen Reststoffen aus Gewässern zu entfernen.

Das Grundprinzip ist einfach: Die Partikel aus Reifenabrieb sollen aufgefangen werden, bevor sie Bäche, Flüsse und Meere erreichen.

In einer aktuellen Studie testeten wir Kiefernholzhackschnitzel und Biokohle – eine Art Holzkohle, die entsteht, wenn Reishülsen in einer sauerstoffarmen Kammer erhitzt werden; dieser Vorgang wird Pyrolyse genannt. An unseren Teststandorten in Oxford konnten diese Materialien ungefähr 90 % der Partikel aus Reifenabrieb aus abfließendem Wasser entfernen.

Biokohle gilt aufgrund ihrer großen Oberfläche und Poren, ihrer zahlreichen chemischen Bindungsgruppen, ihrer hohen Stabilität, ihrer starken Adsorptionsfähigkeit und ihrer geringen Kosten als bewährtes Material zur Entfernung von Schadstoffen aus Wasser.

Auch Holzhackschnitzel können dank ihrer reichhaltigen Zusammensetzung aus natürlichen organischen Verbindungen Schadstoffe entfernen. Andere Wissenschaftler haben zudem Sand zur Filtration von Mikroplastik verwendet, doch im Vergleich zu Biokohle war dessen Entfernungsrate gering.

Wir entwickelten ein Biofiltrationssystem aus Biokohle und Holzhackschnitzeln in einem Filtersack und brachten es an der Mündung eines Entwässerungsauslasses an. Anschließend entnahmen wir während zweier Regenfälle über einen Zeitraum von zwei Monaten Proben des Regenwasserabflusses und bestimmten die Menge der Partikel aus Reifenabrieb vor und nach dem Einbau der Biofilter. Nach der Installation des Biofilters war die Konzentration dieser Partikel deutlich niedriger.

Die charakteristische längliche und gezackte Form der Reifenabriebpartikel führt dazu, dass sie sich während eines Regenereignisses leicht in den Poren dieser Materialien verfangen oder darin verwickeln. Selbst die kleinsten Partikel wurden im komplexen Netzwerk dieser Materialien zurückgehalten.

Biomassefilter künftig einsetzen

Wir sind der Ansicht, dass dieser Ansatz ein großes Potenzial besitzt, um die Belastung durch Partikel aus Reifenabrieb und andere Schadstoffe bei Regenfällen in größerem Maßstab zu verringern.

Da Biokohle und Holzhackschnitzel aus landwirtschaftlichen Abfällen hergestellt werden können, sind sie für örtliche Gemeinden vergleichsweise kostengünstig und leicht verfügbar.

Um die Wirksamkeit und Skalierbarkeit des Verfahrens vollständig zu beurteilen, sind Langzeitstudien erforderlich, vor allem in Gebieten mit hohem Verkehrsaufkommen. Auch die Herkunft des Filtermaterials spielt eine wichtige Rolle. Es gibt Bedenken, dass unbehandelte landwirtschaftliche Abfälle, die keine Pyrolyse durchlaufen haben, organische Schadstoffe freisetzen könnten.

Wie die meisten Filter müssten auch diese Biofilter mit der Zeit ausgetauscht und die gebrauchten Filter fachgerecht entsorgt werden, da sich die Schadstoffe darin ansammeln und die Filter an Leistungsfähigkeit verlieren.

Plastikabfälle schaden der Umwelt, den Lebensmitteln, die Menschen essen, und möglicherweise der menschlichen Gesundheit. Wir sind überzeugt, dass Biofilter aus pflanzlichen Reststoffen eine wirksame, vergleichsweise preiswerte und umweltfreundliche Lösung sein könnten.

Boluwatife S. Olubusoye, Doktorand in Chemie, University of Mississippi, und James V Cizdziel, Professor für Chemie, University of Mississippi

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz erneut von The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.