MIKROPLASTIK

Seit 2015 wird am Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik (IUVT) zum Nachweis von Mikroplastik geforscht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Analyse von Mikroplastik in (industriellem) Abwasser mittels µ-Ramanspektroskopie. Daneben widmet sich die Arbeitsgruppe auch Mikroplastik in anderen Matrizes, bspw. Trinkwasser und Oberflächengewässern (Interview von Prof. Kerpen zum Thema).

Im Oktober 2024 übergab Prof. Dr. Jutta Kerpen die Leitung der Forschungsgruppe an Prof. Dr. Andrea Andolfo.

• Mikroplastik in Oberflächengewässern (2021 – 2022)

Untersuchung hessischer Oberflächengewässer auf Mikroplastik und Validierung verschiedener Probenahmesysteme zur Beprobung von Oberflächengewässern;

In Zusammenarbeit mit dem Hessischen Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie (HLNUG).

Der Ergebnisbericht steht hier zur Verfügung

• EmiStop: Mikroplastik in industriellen Abwässern (2018 – 2021)

Im BMBF-Forschungsprojekt EmiStop wurden gemeinsam mit u.a. der TU Darmstadt und der EnviroChemie GmbH erstmals systematisch Daten zu Mikroplastik in industriellem Abwasser erhoben. Der Fokus lag auf Kunststoffherstellern, verarbeitende Betrieben und großen Industrieparks. Neben der Ermittlung von Emissionen aus industriellen Kläranlagen, wurden Abscheidesysteme, wie Sandfilter und Kammerfilterpressen bilanziert und Emissionen über die Regenentwässerung ermittelt.

Die komplexen industriellen Abwassermatrizes und zum Teil hohen Mikroplastikkonzentrationen machten die Entwicklung eines geeigneten Analyseverfahrens, beispielsweise zur Entnahme repräsentativer Teilproben notwendig. Diese Erfahrungen flossen u.a. in das Statuspapier des BMBF zum Thema Mikroplastikanalyse ein.

Erste Ergebnisse zeigen, dass die Emissionen industrieller Kläranlagen von Industrieparks im Bereich kommunaler Anlagen liegen. Mit existierende Abscheidetechniken, wie Sandfiltern und Kammerfilterpressen, können bis zu 99 % des Mikroplastiks (< 10 µm) aus dem Abwasser entfernt werden. Die Einleitung von ungereinigtem Regenwasser von Industriebetrieben in Oberflächengewässer wurde als relevante Quelle für Mikroplastik identifiziert (siehe Abb. 8).

Weitere Informationen zu EmiStop finden Sie auf der Projekt-Website, im Video zum Forschungsprojekt, in den unten genannten Fachpublikationen und dem Schlussbericht. Für Fachbublikum aus der Industrie wurden zusätzlich Handlungsempfehlungen erarbeitet. Daneben sind Mitschnitte von Webinaren zu den Themen Mikroplastik in industriellen Kläranlagen und in Niederschlagswasser von Industrieflächen online verfügbar (siehe auch rechts).

• Mikroplastik in kommunalen Kläranlagen (2016 – 2018)

Ein Verfahren zur Analyse von Mikroplastik im Ablauf kommunaler Kläranlagen mittels µ-Ramanspektroskopie wurde entwickelt und die Mikroplastik-Emissionen der Kläranlage in Rüsselsheim wurden bestimmt.

• Mikroplastik in Trink und Mineralwasser (2017 – 2020)

In Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Rüsselsheim wurde das Trinkwasser im Rüsselsheimer Trinkwassernetz und an Zapfhähnen untersucht. Es wurde kein Mikroplastik ≥ 10 µm nachgewiesen.

Mehrere Studien haben Mikroplastik in Mineralwasser nachgewiesen. Am IUVT wurde untersucht, welchen Einfluss das Verschlusssystem von PET-Flaschen auf die Mikroplastikkonzentration im Wasser hat. Es wurde nachgewiesen, dass Mikroplastik beim Öffnen/Schließen des Deckels entsteht und die Konzentration/Aufnahme von Mikroplastik mit der Anzahl dieser Vorgänge zunimmt.

International Journals

• Weber, F.; Zinnen, A.; Kerpen, J.: Development of a machine learning‑based method for the analysis of microplastics in environmental samples using µ‑Raman spectroscopy. Microplastics and Nanoplastics 2023, 3:9. https://doi.org/10.1186/s43591-023-00057-3
• Barkmann-Metaj, L.; Weber, F.; Bitter, H.; Wolff, S.; Lackner, S.; Kerpen, J.; Engelhart, M.: Quantification of microplastics in wastewater systems of German industrial parks and their wastewater treatment plants. Science of the Total Environment 2023, 881, 163349. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163349
• Weber, F.; Kerpen, J.: Underestimating microplastics? Quantification of the recovery rate of microplastic particles including sampling, sample preparation, subsampling, and detection using µ-Ramanspectroscopy. Analytical and Bioanalytical Chemistry 2022. https://doi.org/10.1007/s00216-022-04447-z
• Giese, A.; Kerpen, J.; Weber, F.; Prediger, J.: A Preliminary Study of Microplastic Abrasion from the Screw Cap System of Reusable Plastic Bottles by Raman Microspectroscopy. ACS ES&T Water 2021, 1, 6. https://doi.org/10.1021/acsestwater.0c00238
• Wolff, S.; Weber, F.; Kerpen, J.; Winklhofer, M.; Engelhart, M.; Barkmann, L.: Elimination of Microplastics by Downstream Sand Filters in Wastewater Treatment. Water 2021, 13, 33. https://doi.org/10.3390/w13010033
• Weber, F.; Kerpen, J.  Wolff, S; Langer, R.; Eschweiler, V.: Investigation of microplastics contamination in drinking water of a German city. Science of The Total Environment 2021, 755, 2. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143421
• Wolff, S.; Kerpen, J.; Prediger, J.; Barkmann, L.; Müller, L.: Determination of the microplastics emission in the effluent of a municipal waste water treatment plant using Raman microspectroscopy. Water Research X 2019, 2. https://doi.org/10.1016/j.wroa.2018.100014

National Journals

• Weber, F.; Wolff, S.; Kerpen, J.; Barkmann, L.: Regenentwässerung eines kunststoffverarbeitenden Industriebetriebs als Quelle für Mikroplastik. Mitt Umweltechem Ökotox 2020, 3, 26.
• Barkmann, L.; Bitter, H.; Wolff, S.; Weber, F.; Engelhart, M.; Kerpen, J.; Bitter, E.: Industrieller Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt. Erste Erkenntnisse aus dem Projekt EmiStop. Korrespondenz Abwasser 2020, 67, 2.

Books

• Heß, M.; Völker, C.; Brennholt, N.; Herrling, P.M.; Hollert, H.; Ivleva, N.; Kerpen, J.; Laforsch, C.; Löder, M.; Schiwy, S.; Schmitz, M.; Wagner, S.; Hüffer, T.: Microplastics in the Aquatic Environment. In: Kramm, J.; Völker, C. (eds.): Living in the Plastic Age. Perspectives from Humanities, Social Sciences and Environmental Sciences. Campus Verlag. Frankfurt. New York. 2023. https://10.12907/978-3-593-44902-9

Miscellaneous

• Weber, F.; Kerpen, J.: Untersuchung der Mikroplastikprobenahme in Oberflächengewässern mittels Durchflusszentrifuge. Technischer Bericht. 2022. https://doi.org/10.25716/pur-44
• Hinzmann, M.; Knoblauch, D.; Mederake, L.; Schritt, H.; Stein, U. (Hrsg.): Kernbotschaften zum BMBF-Forschungsschwerpunkt „Plastik in der Umwelt“. 2022.
• Barkmann, L.; Bitter, E.; Bitter, H.; Czapla, J.; Engelhart, M.; Hunger, C.; Kerpen, J.; Lackner, S.; Masch, M.; Nunez, T.; Raber, W.; Steglich, A.; Weber, F.; Wolff, S.: EmiStop Schlussbericht. Identifikation von industriellen Plastik-Emissionen mittels innovativer Nachweisverfahren und Technologieentwicklung zur Verhinderung des Umwelteintrags über den Abwasserpfad. 2021.
• Barkmann, L.; Weber, F.; Raber, W.; Masch, M.; Wolff, S.; Bitter, H.; Bitter, E.; Kerpen, J.; Lackner, S.; Engelhart, M.: Industrielle Mikroplastikemissionen - Handlungsempfehlungen. 2021, https://dx.doi.org/10.26083/tuprints-00020230
• Braun, U. et al.: Statuspapier im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Plastik in der Umwelt: Mikroplastik-Analytik. Probenahme, Probenaufbereitung und Detektionsverfahren. 2020.