Ein unvergängliches Erbe

Die weltweit produzierte Menge an Plastik wächst nach wie vor. 2022 belief sie sich auf mehr als 400 Millionen Tonnen. Zwar stagniert die Produktion in Europa seit etwa zehn Jahren, doch in anderen Teilen der Welt weist der Trend weiter steil nach oben.

Industrie und Haushalte in Deutschland nutzten 2021 insgesamt über zwölf Millionen Tonnen an Kunststoff. Die Industriebranchen mit dem höchsten Bedarf sind das Baugewerbe und die Verpackungsindustrie mit einem Anteil von jeweils mehr als einem Viertel am Gesamtverbrauch.

Vom Pulli zum Putzlappen

Was geschieht mit dem Kunststoff nach seiner Verwendung? Laut Umweltbundesamt werden in Deutschland rund zwei Drittel der Kunststoffabfälle „energetisch verwertet“ – also verbrannt. Nur ein Drittel wird stofflich wiederverwertet. Nur bei den Kunststoffen, die als Verpackungsmaterial dienen, ist der Recyclinganteil mit fast 50 Prozent etwas höher. Doch in den meisten Fällen bedeutet Recycling, dass dabei ein weniger wertvoller Kunststoff entsteht, der sich nicht mehr für hochwertige Produkte wie Kleidungsstücke oder Getränkeflaschen nutzen lässt. Er dient dann beispielsweise als Material für Putzlappen. Die Experten sprechen deshalb von „Downcycling“.

Eine „echte“ Wiederverwertung ist unter anderem deshalb so schwierig, weil Verpackungen aus unterschiedlichen Plastiksorten bestehen und diese sogenannten Verbundmaterialien sich nicht sortenrein aufarbeiten lassen. Außerdem werden bei der Herstellung häufig Additive wie Farbstoffe oder Weichmacher beigemischt und mitverarbeitet.

Daher sind etwa Kunststoffverpackungen oft Einwegprodukte mit einem hohen CO2-Fußabdruck. Und sie tragen einen großen Teil zur Anhäufung von immer mehr Abfällen in der Umwelt bei. So gab es erste beunruhigende Zahlen zum Müll in den Meeren bereits in den 1970er-Jahren – und damit zu einer Zeit, als die Plastikeuphorie auf ihrem Höhepunkt war. Allerdings: Wie groß das Problem wirklich ist, wissen die Forscher bis heute nicht genau. Die Ergebnisse von Modellrechnungen für die Menge an Plastik, die Jahr für Jahr in die Weltmeere gelangt, schwanken zwischen einer halben Million und über 20 Millionen Tonnen.

Unmengen winziger Partikel

Ob im Wasser oder an Land – im Verlauf von Jahrzehnten zersetzen sich Kunststoffe durch mechanische Belastung, die Einwirkung von ultraviolettem Licht und andere Umwelteinflüsse zu Mikro- und Nanoplastik: So entstehen unzählige Partikel, die so winzig sind, dass sie sich mit dem bloßen Auge nicht mehr erkennen lassen. Dabei gelangen unter Umständen auch gesundheitsschädliche Additive in die Umwelt, die sich in dem Plastik befinden und beim Zersetzungsprozess freigesetzt werden. „Wir wissen inzwischen gut Bescheid darüber, wie Mikroplastik in die Umwelt eingetragen wird und wie es sich dort verteilt“, sagt Claus-Gerhard Bannick, Leiter des Fachgebiets Abwassertechnikforschung und Abwasserentsorgung am Umweltbundesamt in Berlin. „Es gibt primäres Mikroplastik, das zum Beispiel in Kosmetik, Wasch- oder Reinigungsmitteln enthalten war, und sekundäres, das aus größeren Plastikteilen entsteht“, erläutert er. Die Hauptquelle für sekundäres Mikroplastik sind Autoreifen, die durch Abrieb während des Fahrens winzige Partikel freisetzen. Diese Teilchen können dann über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte in der Umwelt verbleiben. Sie lassen sich bereits in allen Ökosystemen der Erde nachweisen.

Über ihre Auswirkungen auf Lebewesen gibt es einige gesicherte Erkenntnisse, aber auch noch viele offene Fragen. Fest steht: Mikro- und Nanoplastik verteilt sich über das Blut im Körper. Besonders kleine Teilchen können dabei sogar die Blut-Hirn-Schranke überwinden und in das Gehirn eindringen. Einige Studien zeigen zudem, dass die winzigen Kunststoff-Partikel das Immunsystem, die Fortpflanzung und den Stoffwechsel stören können. Allerdings beziehen sich die Ergebnisse meist auf Experimente an Zellkulturen oder Tieren. „Wir wissen, dass Mikroplastik keine hohe akute Toxizität aufweist. Es ist eher so, dass es zusammen mit anderen Substanzen zur Gesamtbelastung beiträgt, der wir täglich ausgesetzt sind“, sagt Carolin Völker, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) in Frankfurt am Main. In Laborversuchen lässt sich zwar zeigen, ob eine Substanz toxische Wirkungen hat. Doch um die Effekte einer längerfristigen Exposition von geringen Mengen zu untersuchen, sind teils jahrzehntelange Studien erforderlich. Und letztlich lässt sich dabei trotzdem nicht realistisch abbilden, welchem Gemisch aus verschiedenen Substanzen Menschen an unterschiedlichen Orten ausgesetzt sind.

Kaum Recycling von Elektromüll

Kopfzerbrechen bereitet auch die Entsorgung von Elektroschrott. Der enthält Schwermetalle und andere Umweltgifte, die sich in Böden und im Körpergewebe von Lebewesen anreichern können. Ein Beleg dafür: „In ehemaligen Bergbauregionen finden wir noch immer erhöhte Schwermetall-Konzentrationen in den Sedimenten von Bächen und Flüssen“, berichtet Carolin Völker. Sie beschreibt die Sedimente als Gedächtnis der Gewässer. Die Frankfurter Wissenschaftlerin mahnt, die Ablagerungen nicht aus dem Blick zu verlieren. Denn etwa durch Hochwasser nach einem starken Regen können die darin enthaltenen Schadstoffe aufgewirbelt und im Wasser verteilt werden.

Dasselbe gilt für abgelagerten Müll von elektronischen Geräten. Je nach pH-Wert des umgebenden Erdreichs oder Gewässers werden Schwermetalle aus Elektroschrott mitunter schon innerhalb weniger Tage freigesetzt. Rückstände dieser Art fallen weltweit zuhauf an – 2022 waren es mehr als 60 Millionen Tonnen. Weniger als ein Viertel davon wird wiederverwertet, wie der aktuelle „Global E-Waste Monitor“ verrät. Würde man diese Menge an Schrott in einzelne 40-Tonner-Lkw packen, so ergäbe das eine 30.000 Kilometer lange Lastwagenkolonne. Sie würde sich über drei Viertel des Erdumfangs am Äquator erstrecken. Und die Elektroabfälle werden immer mehr.

Das ist die Kehrseite der sich immer schneller drehenden Spirale an neuen technischen Geräten: Die Menschheit kommt mit dem Recycling nicht hinterher. Und ökonomisch hat sie das ist bislang auch nicht nötig. Denn neue Handys, Laptops und elektronisches Spielzeug sind großenteils Billigware, die meist in Fernost massenhaft und für geringe Löhne produziert wird. Zwar existiert in Deutschland im weltweiten Vergleich eine gut ausgebaute Infrastruktur für das Recycling solcher Produkte, dennoch landen auch hierzulande viele Elektroartikel im Hausmüll – oder einfach in der Umwelt.

Unverwüstlich und überall

Als besonders problematisch gilt jedoch eine Stoffgruppe mit mehreren Tausend Vertretern, die oft unter dem Begriff „Ewigkeitschemikalien“ zusammengefasst werden. Chemiker kennen sie als per- oder polyfluorierte Alkylverbindungen, kurz: PFAS. Das sind organische Moleküle, die sich – ähnlich wie Mikro- und Nanoplastik – inzwischen selbst an den entlegensten Orten der Erde auffinden lassen. Sie gelangen teils durch unsachgemäße Entsorgung in die Umwelt, teils aber auch, indem sie aus Mülldeponien freigesetzt werden.

Zu den PFAS gehören kleine Moleküle wie das Trifluoracetat (TFA) ebenso wie große Polymere, zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) – besser bekannt unter dem Namen Teflon. Die Materialien kommen hauptsächlich bei der Beschichtung von Oberflächen zum Einsatz: Sie kleiden Pfannen und Einweg-Kaffeebecher aus, machen Regenjacken wasserdicht sowie Skier glatt und gleitfähig. Die Industrie nutzt sie unter anderem in Löschschäumen von Feuerlöschern, bei der Papierherstellung und zur Fertigung von Halbleiter-Bauteilen für Computerchips. Die organischen Verbindungen sorgen dafür, dass sich andere Stoffe nicht an der Oberfläche anhaften können, wobei sie selbst reaktionsträge, robust und äußerst langlebig sind. Das qualifiziert sie etwa auch als Beschichtung für Alltagsutensilien und Küchenprodukte wie Backpapier.

Die erste industrielle Anwendung von fluorierten organischen Verbindungen gab es in den 1930er-Jahren: als Kältemittel für Kühlschränke. 1938 entdeckte der US-Chemiker Roy J. Plunkett das Polymer Teflon, und in den Werken der amerikanischen Chemiekonzerne DuPont und 3M begann der Aufstieg der PFAS, der ein folgenschweres Ende nehmen sollte. Bereits in den frühen 1960er-Jahren hatten die Hersteller Grund zur Beunruhigung, denn Versuche an Ratten zeigten, dass Perfluoroctansäure (PFOA) – ein vielfach verwendetes PFAS – bei den Nagetieren zu Lebervergrößerungen führte. In den folgenden Jahrzehnten kamen immer mehr Erkenntnisse über eine gesundheitsschädigende Wirkung von PFOA und anderen Substanzen hinzu. Doch trotz dieses Wissens wurden Tausende von Tonnen damit kontaminierter Abfälle auf Äckern entsorgt und gelangten teilweise ins Grundwasser. Erst in den frühen 2000er-Jahren wurde die US-amerikanische Umweltbehörde EPA durch einen Rechtsstreit zwischen Bewohnern eines betroffenen Gebiets im Bundesstaat West Virginia sowie den Chemiekonzernen 3M und DuPont auf den Umweltskandal aufmerksam.

Aufschlussreiche Analysen

Auch in Deutschland gibt es eine Reihe von Regionen mit so hoher PFAS-Belastung, dass der Zugang zu Flächen gesperrt und Trinkwasserbrunnen geschlossen werden mussten. Denn die chemischen Substanzen lassen sich nicht aus Böden oder Gewässern entfernen. Ein weiterer Malus: Nicht nur akut hohe Dosen sind gesundheitsschädlich, sondern auch die Aufnahme von kleinen Mengen über eine lange Zeit hinweg. Mithilfe der Umweltprobenbank des Bundes im Sauerland konnten die Wissenschaftler die Entwicklung der PFAS-Belastung in Deutschland über 40 Jahre hinweg nachverfolgen. Dabei hat sich gezeigt, dass die Perfluoroctansulfonsäuren PFOA und PFOS den Hauptanteil der Belastung ausmachen – deren Konzentration in der Umwelt jedoch seit den 1980er-Jahren bereits deutlich geringer geworden ist.

Allerdings ist das nur auf den ersten Blick eine gute Nachricht. Denn mittlerweile gilt es als wissenschaftlich erwiesen, dass sich die Substanzen im menschlichen Körper anreichern. Über die schädlichen Folgen für die Gesundheit wurde viel geforscht, und es ließ sich zeigen, dass manche Substanzen das Immunsystem und den Stoffwechsel beeinflussen und die Leber schädigen können. Zudem tragen sie vermutlich zur Entstehung einiger Arten von Krebs bei. Doch viele dieser Erkenntnisse sind das Resultat von Studien an Tieren und nicht pauschal auf den Menschen übertragbar. Auch die Tatsache, dass Menschen je nach Wohnort unterschiedlichen Zusammensetzungen und Konzentrationen von PFAS ausgesetzt sind, erschwert eine Bewertung der wissenschaftlichen Ergebnisse.

„Letztlich werden erst epidemiologische Studien Gewissheit darüber bringen, wie sich PFAS im Detail auf die menschliche Gesundheit auswirken“, meint Jona Schulze, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Chemikaliensicherheit des Umweltbundesamts in Dessau-Roßlau. Doch solche Studien brauchen viel Zeit. Hinzu kommt: „Um herauszufinden, mit welchen Substanzen und in welcher Menge Menschen und Umwelt belastet sind, braucht es ein flächendeckendes Monitoring der einzelnen Stoffe“, erläutert Schulze. „Mit den Ergebnissen dieser Untersuchungen ließen sich dann Stoffe, die Umwelt oder Gesundheit gefährden, beschränken.“ Doch in der Vergangenheit ersetzte die Industrie immer wieder einzelne PFAS durch andere Substanzen aus der gleichen Stoffgruppe – und das Spiel aus Analysen, Monitoring und Risikobewertung musste von Neuem beginnen.

Erste Grenzwerte in Lebensmitteln

Trotz der Wissenslücken gibt es in Deutschland bereits Regulierungen und Beschränkungen für den Einsatz von PFAS. So ist die erlaubte Menge für einige dieser Stoffe in Lebensmitteln wie Eiern oder Fleisch seit 2022 gesetzlich festgeschrieben. Auch im Trinkwasser gelten seit 2023 Grenzwerte. Mit dem Wissen, dass es etliche Jahre dauern würde, Substanz für Substanz zu untersuchen und gegebenenfalls zu beschränken, haben sich Behörden aus Deutschland, Dänemark, Schweden, Norwegen und den Niederlanden an die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) gewandt – mit einem Vorschlag, der die gesamte Stoffklasse der PFAS beschränken soll. Wenn sich kein unbedenklicher Ersatzstoff finden lässt oder sozio-ökonomische Vorteile die Nachteile für Mensch und Umwelt überwiegen, soll es Ausnahmen geben – zum Beispiel bei Medizinprodukten oder in Arbeitsschutzbekleidung. Ein Gesetz wird frühestens 2025 erwartet, und es dürfte wohl Übergangsfristen von fünf bis zwölf Jahren enthalten. Den bereits hoch belasteten Böden wird das nicht helfen: Sie sind wahrscheinlich für Hunderte von Jahren unbrauchbar.

Der lange Weg zum Endlager

Noch ungleich länger wird es dauern, bis der radioaktive Abfall abgebaut ist, der bei der Stromerzeugung durch Kernkraftwerke entstanden ist. Er muss für mindestens eine Million Jahre sicher verwahrt werden – diese Maxime gilt beim Bau eines künftigen Endlagers für stark radioaktiven Müll. Doch bislang gibt es in Deutschland ebenso wie in den meisten anderen Ländern mit aktiven oder stillgelegten Kernkraftwerken keinen Standort für eine solche sichere Lagerstätte – und das trotz jahrzehntelanger Nutzung der nuklearen Technik. Die ersten Kernkraftwerke gingen Mitte der 1950er-Jahre in Betrieb, Deutschland brachte 1961 die erste Anlage ans Netz. Nach einem regelrechten Boom der Kerntechnik in den 1970er- und 1980er-Jahren wurde in einigen Ländern schon bald danach der Ausstieg beschlossen, zum Beispiel in Italien 1987 nach einem Volksentscheid.

Heute spaltet die Frage der friedlichen Nutzung der Kernenergie die Welt. Während manche Länder wie Deutschland den Ausstieg beschlossen oder bereits vollzogen haben, setzen andere weiter auf Nukleartechnik und bauen oder planen neue Kernkraftwerke. Doch die Herausforderung einer sicheren Endlagerung der strahlenden Hinterlassenschaften bleibt bestehen. Zynisch betrachtet könnte man sagen: Es ist ein Problem, das zumindest nicht davonläuft. Denn es wird ungefähr 40 000 Generationen von Menschen begleiten, bis sich der radioaktive Abfall schließlich in stabile Stoffe zersetzt hat.

Er steht damit symbolisch für das belastende Erbe, das manche Technik und manche Errungenschaft aus den Labors von Chemikern und Werkstoffwissenschaftlern der Gesellschaft für die Zukunft hinterlässt. //