Zersetzung von (textilen) Produkten im Erdreich - Laboruntersuchungen helfen bei der Beurteilung der Umweltverträglichkeit

Am Fachbereich Hygiene, Umwelt und Medizin (HUM) arbeiten Mediziner, Humanbiologen, Mikrobiologen, Molekularbiologen, Chemiker und Textilwissenschaftler an Lösungen für die Industrie und das Gesundheitswesen. Dabei wird ausschließlich mit tierversuchsfreien Methoden gearbeitet. Einige basieren auf den Eiern des Zebrabärblings (hier in der Zucht). ©Hohenstein Institute (PresseBox) (Bönnigheim, ) Wie alle organischen Materialien zersetzen sich Textilien unter Einwirkung von Wasser und Kleinstlebewesen im Erdreich. Ob der Prozess der Verrottung innerhalb von Monaten, Jahren, Jahrzehnten oder gar erst Jahrhunderten erfolgt, hängt bei vergleichbaren Umgebungsbedingungen maßgeblich von den verwendeten Grundmaterialien ab. In Verbindung mit möglichen chemischen Zusatzausrüstungen sind diese auch entscheidend dafür, ob bei der Zersetzung für Flora und Fauna gefährliche Einzelsubstanzen oder Substanzkombinationen entstehen.

Grundmaterialien (Fasertypen) und Zusatzausrüstungen berücksichtigen die Wissenschaftler der Hohenstein Institute in Bönnigheim u. a., wenn sie die Auswirkungen von Textilien auf die Umwelt beurteilen. Neben Textilherstellern sind es zunehmend auch Produzenten von Automobil-Fertigteilen, die Chemische Industrie sowie Recycling-Unternehmen, die sich vom Team von Prof. Dr. Dirk Höfer beraten und einen individuellen Prüfplan erstellen lassen, um die ökologische Unbedenklichkeit von Produkten neutral bewerten zu lassen.

Die Basis bilden in der Regel standardisierte Eingrabetests nach internationalen Normen (siehe Infokasten), anhand deren das Verrottungs- bzw. Abbauverhalten von Materialien ermittelt wird. Anschließend ermöglichen öko-toxikologische Untersuchungen Rückschlüsse auf die Umweltverträglichkeit im Sinne eines Risiko-Monitorings. Dabei steht nicht wie bei klassischen Analyseverfahren der Nachweis einzelner Substanzen im Vordergrund, deren ökologische Bedenklichkeit bekannt ist. Vielmehr wird die Summe aller Einzelsubstanzen und Substanzkombinationen auf biologische Systeme betrachtet. Zum Einsatz kommen dabei u. a. marine Bakterien, Wasserflöhe und Fischeier.

Abhängig vom Einsatzzweck der (textilen) Materialien sind die Anforderungen im Hinblick auf die Verrottung im Erdreich z. T. sehr unterschiedlich: Bei Produkten des Alltags wie Bekleidung oder Heimtextilien soll die Verrottung z. B. innerhalb einer Mülldeponie möglichst schnell und ohne umwelt- oder gesundheitsschädliche Rückstände erfolgen.

Gleiches gilt für Geotextilien, bei denen die Verrottung zugunsten einer natürlichen Begrünung möglichst schnell und unter Bildung wertvollen Humus erfolgen soll. Im Gegensatz dazu werden andere technische- und Geo-Textilien mit chemischen Substanzen behandelt, um sie widerstandsfähiger gegenüber Mikroorganismen wie Schimmelpilzen zu machen. Ziel ist es dabei, die Haltbarkeit der mit ihnen gestalteten Böschungsbewehrungen, Deichanlagen usw. zu optimieren. Die Erfüllung beider Zielsetzungen untersuchen die Hohenstein Experten. Die etablierten Methoden, wie z.B. standardisierte Erdeingrabetests in Verbindung mit Laboruntersuchungen, bieten dabei eine zeitlich und finanziell interessante Alternative zu aufwändigen Freilandversuchen.

Relevante Prüf-Normen

DIN EN ISO 11721-1 : 2001/04 Textilien: Bestimmung der Widerstandfähigkeit zellulosehaltiger Textilien gegen Mikroorganismen. (Erdeingrabetest -Teil 1: Nachweis einer verrottungshemmenden Ausrüstung )
DIN EN ISO 11721-2 : 2003/12 Textilien: (Erdeingrabetest -Teil 2: Nachweis der Langzeitbeständigkeit einer verrottungshemmenden Ausrüstung)
DIN EN ISO 12225 : 2000/12: Geotextilien und geotextilverwandte Produkte: Prüfverfahren zur Bestimmung der mikrobiologischen Beständigkeit durch einen Erdeingrabungsversuch
EN ISO 846 : 1997/06: Bestimmung der Einwirkung von Mikroorganismen auf Kunststoffe

Verrottung von textilen Materialien

Alle organischen Moleküle (Zucker, Fette, Proteine, Nukleinsäuren) und damit alle Naturmaterialien, aber auch Rohölprodukte, weisen ein Gerüst aus Kohlenstoffatomen auf. Bei der Verrottung im Erdreich werden diese Kohlenstoffketten von Pilzen und Bakterien aufgebrochen und damit die Moleküle aufgespaltet.

Wie schnell dies in der Natur geschieht, hängt maßgeblich von der Art der Kettenbausteine ab:

Bei Naturpolymeren sind dies Alkohole, Säuren oder ähnliche Moleküle, die sich über die leicht reagierenden Sauerstoffgruppen an ihren Enden verbinden, so dass sich in der entstehenden Kette bisweilen Kohlenstoff- und Sauerstoffatome abwechseln. Solche Kunststoffe ohne reine Kohlenstoffketten wie Polyurethan oder Polyester können von Mikroben problemlos als Nahrung genutzt werden. Entsprechend schnell verrotten sie im Erdreich, wobei als Abfallprodukt in erster Linie Kohlendioxid entsteht.

Bei anderen Kunststoffen wie Polyethylen oder Polyvinylchlorid (PVC) besteht der Hauptstrang der Kette dagegen ausschließlich aus verknüpften Kohlenstoffatomen. Solche reinen C-C-Ketten lassen sich nur mit erheblichem Energieaufwand trennen und da sie darüber hinaus wasserabstoßend (hydrophob) sind, bieten sie der wasserbasierten Biochemie lebender Organismen kaum eine Angriffsfläche. Zudem können Mikroben die großen, verstrickten Ketten nicht in ihr Zellinneres aufnehmen, sondern müssten sie zuerst außerhalb mit Hilfe von Enzymen zig-fach zerschneiden, um dann ihre Bruchstücke in Energie zu verwandeln. Bis heute ist kein Biomechanismus bekannt, der all diese Aufgaben bewältigen könnte.

Selbst Schimmelpilze, die mit ihrem Stoffwechsel besonders aggressive Chemikalien wie Wasserstoffperoxid produzieren, können reine C-C-Ketten zwar angreifen und innerhalb einiger Monate in diese einwachsen. Als Nahrungsgrundlage können sie diese aber zunächst nicht nutzen. Dies ist erst der Fall, wenn die Molekülketten z. B. durch die Einwirkung energiereicher UV-Strahlen aus dem Sonnenlicht innerhalb von Jahrzehnten zusätzlich aufgespaltet werden.

Kontakt

Hohenstein Institute
Schlosssteige 1
D-74357 Bönnigheim
Rose-Marie Riedl
Leitung Unternehmenskommunikation und Forschungsmarketing

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