Nanoplastik

Nanoplastik (abgekürzt: NP), auch Nanokunststoffe genannt, ist die Bezeichnung für eine weltweit anzutreffende, anthropogene Umweltverschmutzung von winzigen Kunststoffpartikeln, die mit einer Größe von 1 bis zu 1000 nm noch kleiner sind als Mikroplastik.

Bereits 2015 gingen Wissenschaftler davon aus, dass jährlich zwischen vier und zwölf Millionen Tonnen Kunststoff über die Gewässer in Meere und Ozeane gelangten. Von gesundheitlichen Beeinträchtigungen durch Nanoplastik sind auch Menschen und Tiere betroffen, da es nicht nur über die Nahrung aufgenommen und so Teil der Nahrungskette wird, sondern darüber hinaus die Zellmembran lebender Organismen schädigen kann. Da Kunststoffpartikel überall und weltweit in der Umwelt zu finden sind, rechnen Wissenschaftler mit weitreichenden globalen Effekten. Ergebnisse bisheriger Studien verdeutlichen, wie wichtig es ist, Kunststoffabfälle so schnell wie möglich effizient zu reduzieren.

Definition

Nanoplastik besteht aus Kunststoffpartikeln, die entweder bei der Produktion von Kunststoffen oder bei deren Degradation entstehen und eine Größe zwischen 1 und 1000 nm aufweisen. Einige Studien definieren Nanoplastik jedoch als Nanopartikel, die nicht größer als 100 nm im Durchmesser sind.

Entstehung und Verbreitung

Nahaufnahme abgerundeter Glitterpartikel aus Kunststoff.
Je nach Größe gelten sie als Mikro- oder Nanoplastik.

Kunststoffteilchen, die vom Menschen absichtlich in sehr kleinen Größen hergestellt werden, bezeichnet man als „primäre Plastikpartikel“. Sie werden unter anderem als Bestandteile von Kosmetikprodukten sowie in der Forschung und Diagnostik verwendet. Ein Beispiel für nicht abbaubare, u. a. in Kosmetik eingesetzte Kunststoffe, die in der Größe von Nanopartikeln hergestellt werden, ist Glitter.

Sogenanntes „Sekundärplastik“ entsteht durch die Degradation größerer Kunststoffstücke durch die Einwirkung von Sonne, Wind oder Wasser.

Nanoplastik konnte in Ozeanen, sonstigen Gewässern, Sedimenten und der Biosphäre nachgewiesen werden, aber auch in den Körpern lebender Organismen. Verschmutzung durch Kunststoffpartikel ist in fast allen Ökosystemen der Welt präsent, wobei mit der Erforschung des Gesamtumfanges, in dem insbesondere kleinste Partikel präsent sind, erst begonnen wurde, da deren Nachweis mit einem hohen technischen Aufwand verbunden ist. Es ist bereits sicher, dass Konzentration und Anzahl der Nanoplastikpartikel sich auf deren Toxizität für das Ökosystem auswirken.

Das größere Mikroplastik, seine globale Verbreitung (bis in entlegene Gebiete wie die Arktis) und seine schädigende Wirkung auf menschliche und tierische Zellen sind bereits deutlich besser erforscht als die vielfältigen Auswirkungen des kleineren Nanoplastiks.

Erforschung

Das tatsächliche Ausmaß der Verunreinigung sowie die Folgen für das Ökosystem und potenzielle Gefahren werden aktuell noch erforscht. Für den Nachweis und die Auszählung der winzigen Partikel, z. B. in Flüssigkeiten, stehen noch keine technisch ausgereiften Methoden zur Verfügung, die kostengünstig und (anteilig) automatisiert sind. Mittels Fluoreszenzmikroskopie lässt sich mit Nilrot angefärbtes Nanoplastik oberhalb eines Durchmessers von 45 nm (Nanometern) durch Einzelpartikelverfolgung sichtbar machen. Angaben zu Größe und Stoffmengenkonzentration von Nanoplastik werden auf diese Weise ermöglicht.

Ein Teil des Nanoplastiks erreicht den menschlichen Körper über Nahrungsmittel wie Fisch, Muscheln oder Garnelen. Da die Filteranlagen Kunststoffpartikel in Nanometer-Größe bisher nicht eliminieren können, wird ein Teil des Nanoplastiks über das Trinkwasser aufgenommen.

Wissenschaftler drängen auf umfangreichere Untersuchungen hinsichtlich der agrarökologischen Toxizität von Nanoplastik und seine gesundheitlichen Auswirkungen auf Lebewesen, die es mit der Nahrung und dem Wasser aufnehmen, sowie die Abschätzung der Auswirkungen auf unterschiedliche Ökosysteme.

Eigenschaften und Auswirkungen

Nanopartikel sind in der Lage, Zellmembranen zu überwinden, in Organe einzudringen und sich durch Bioakkumulation in lebenden Organismen anzureichern.

Mittlerweile (Stand 2021) steht fest, dass Mikro- und Nanoplastik Auswirkungen auf Böden sowie auf bodenbewohnende Mikroorganismen und Pflanzen hat und über pflanzliche Nahrung Tiere und den Menschen erreicht.

Außerdem konnten bereits negative Auswirkungen auf das Wachstum der Grünalge Scenedesmus obliquus (Gattung Scenedesmus) sowie auf die Vermehrung des Wasserflohs (Daphnia magna) nachgewiesen werden.

An Polystyrol-Nanopartikeln wurde nachgewiesen, dass sie sich darüber hinaus auch auf die Interaktion zwischen Wirt und Parasit auswirken. So hemmen sie in hoher Konzentration das Wachstum von Cyanobakterien, interagieren aber bereits in niedriger Konzentration mit der Oberfläche der Bakterien. Ansammlungen von Nanopartikeln an der Bakterienoberfläche reduzieren die Infektion mit parasitären Pilzen.

Um weitere, potentielle Risiken genauer benennen zu können, werden insbesondere mehr Angaben über die in der Natur vorhandene Menge der freigesetzten Partikel benötigt sowie deren Ursprung, die Abbauprozesse, die Größe und die Auswirkungen auf das betroffene Ökosystem. Für die weitere Erforschung mangelt es bislang, trotz mehrerer Laborstudien, an den notwendigen Felddaten zur Freisetzung von Nanopartikeln in die Umwelt.

In der Trinkwasseraufbereitung werden durch die Sandfilter rund 99,9 % des im Rohwasser vorliegenden Nanoplastiks entfernt.

Einzelnachweise

1. Andrea Valsesia, Jeremie Parot, Jessica Ponti, Dora Mehn, Rita Marino, Daniela Melillo, Shin Muramoto, Mike Verkouteren, Vincent A. Hackley, Pascal Colpo: Detection, counting and characterization of nanoplastics in marine bioindicators: a proof of principle study. In: Microplastics and Nanoplastics. Band 1, Nr. 1, Dezember 2021, S. 5, doi:10.1186/s43591-021-00005-z. 
2. Jenna R. Jambeck, Roland Geyer, Chris Wilcox, Theodore R. Siegler, Miriam Perryman, Anthony Andrady, Ramani Narayan, Kara Lavender Law: Plastic waste inputs from land into the ocean. In: Science. Band 347, Nr. 6223, 13. Februar 2015, S. 768–771, doi:10.1126/science.1260352. 
3. Wirkung von Kunststoffpartikeln auf Zellmembranen, CORDIS, abgerufen am 19. Dezember 2021.
4. Julien Gigault, Alexandra ter Halle, Magalie Baudrimont, Pierre-Yves Pascal, Fabienne Gauffre, Thuy-Linh Phi, Hind El Hadri, Bruno Grassl, Stéphanie Reynaud: Current opinion: What is a nanoplastic? In: Environmental Pollution. Band 235, April 2018, S. 1030–1034, doi:10.1016/j.envpol.2018.01.024, PMID 29370948. 
5. Nanoplastik kann parasitäre Infektionen beeinflussen, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, abgerufen am 19. Januar 2022.
6. Alexander S. Tagg, Juliana A. Ivar do Sul: Is this your glitter? An overlooked but potentially environmentally-valuable microplastic. In: Marine Pollution Bulletin. Band 146, September 2019, S. 50–53, doi:10.1016/j.marpolbul.2019.05.068. 
7. Nanoplastik in der Umwelt, Bundesministerium für Bildung und Forschung, abgerufen am 19. Januar 2022.
8. Robert Molenaar, Swarupa Chatterjee, Bjorn Kamphuis, Ine M. J. Segers-Nolten, Mireille M. A. E. Claessens, Christian Blum: Nanoplastic sizes and numbers: quantification by single particle tracking. In: Environmental Science: Nano. Band 8, Nr. 3, 2021, S. 723–730, doi:10.1039/D0EN00951B. 
9. Amy L. Lusher, Valentina Tirelli, Ian O’Connor, Rick Officer: Microplastics in Arctic polar waters: the first reported values of particles in surface and sub-surface samples. In: Scientific Reports. Band 5, Nr. 1, Dezember 2015, S. 14947, doi:10.1038/srep14947, PMID 26446348, PMC 4597356 (freier Volltext). 
10. Neue Studie: Mikroplastik kann Zellen schädigen, BUND, abgerufen am 19. Januar 2022.
11. Nanoplastik: Bonner Biologin erforscht Kunststoffteilchen im Körper, General-Anzeiger, abgerufen am 19. Januar 2022.
12. Ee-Ling Ng, Esperanza Huerta Lwanga, Simon M. Eldridge, Priscilla Johnston, Hang-Wei Hu, Violette Geissen, Deli Chen: An overview of microplastic and nanoplastic pollution in agroecosystems. In: Science of The Total Environment. Band 627, Juni 2018, S. 1377–1388, doi:10.1016/j.scitotenv.2018.01.341. 
13. Mintallah Mousa A. Allouzi, Doris Ying Ying Tang, Kit Wayne Chew, Jörg Rinklebe, Nanthi Bolan, Safa Mousa A. Allouzi, Pau Loke Show: Micro (nano) plastic pollution: The ecological influence on soil-plant system and human health. In: Science of The Total Environment. Band 788, September 2021, S. 147815, doi:10.1016/j.scitotenv.2021.147815. 
14. Ellen Besseling, Bo Wang, Miquel Lürling, Albert A. Koelmans: Nanoplastic Affects Growth of S. obliquus and Reproduction of D. magna. In: Environmental Science & Technology. Band 48, Nr. 20, 21. Oktober 2014, S. 12336–12343, doi:10.1021/es503001d, PMID 25268330, PMC 6863593 (freier Volltext). 
15. Gerardo Pulido-Reyes, Leonardo Magherini, Carlo Bianco, Rajandrea Sethi, Urs von Gunten, Ralf Kaegi, Denise M. Mitrano: Nanoplastics removal during drinking water treatment: Laboratory- and pilot-scale experiments and modeling. In: Journal of Hazardous Materials. Band 436, 15. August 2022, S. 129011, doi:10.1016/j.jhazmat.2022.129011. 
16. Die Wasseraufbereitung wäre zur Entfernung von Nanoplastik bereit. Eawag, abgerufen am 1. Juni 2022.