Hilfe für das Plastik-Meer

Aber auch aus europäischen Flüssen ergießt sich ein unaufhörlicher Plastikstrom ins Meer. Die Schätzungen für die EU schwanken zwischen 150.000 bis 500.000 Tonnen jährlich. Wieviel Plastik in einem Fluss schwimmt, hängt von seiner Größe und Länge ab, aber vor allem von der Wirtschaftsleistung und der Bevölkerungskonzentration an seinen Ufern.

Unter den deutschen Flusssystemen sind die Weser mit 20, die Elbe mit 42 und der Rhein mit 580 Tonnen pro Jahr die größten Einleiter von Kunststoffmüll ins Meer, wo Wind und Wellen einen Teil davon an die Küsten schwemmen. Bei Untersuchungen des Umweltbundesamtes im Jahre 2017 fanden sich an den Stränden der Nordsee auf 100 Meter Strecke im Schnitt knapp 400 Müllteile, an den Ostseestränden waren es rund 70 – das meiste davon Plastik.

Auf der Suche nach Lösungen

Doch an den Küsten landet nur ein geringer Bruchteil des Plastikmülls, der weit größere Teil bleibt im Meer. Wissenschaftler und Ingenieure suchen seit Jahren nach Wegen, um zumindest etwas davon wieder von dort zu entfernen. Ansätze sind Mikroorganismen, die sich von Kunststoffen ernähren, oder Roboter, die die Hinterlassenschaften der Industriegesellschaft aufsammeln und entsorgen.

Allerdings: Die Aufgabe ist gewaltig. Denn das Plastik der Ozeane treibt dort jahrzehntelang, bewegt von Wind und Strömung, teils auf, teils unter der Wasseroberfläche. Stets Wellengang und Sonnenlicht ausgesetzt, verlieren Dosen, Deckel, Tüten und Folien allmählich ihre Form. Sie verspröden unter der UV-Strahlung der Sonne und zerbröseln durch die Einwirkung des Salzwassers und den mechanischen Abrieb der Wellen in immer kleinere Partikel. Dabei breiten sie sich weiter und weiter aus. Mittlerweile ist Plastik in alle Meeresregionen und marine Ökosysteme vorgedrungen – selbst in der Tiefsee und im polaren Eis lässt es sich nachweisen.

Das Ausmaß der globalen Müllmisere zeigt sich auf abgelegenen Inseln wie Henderson Island, einem unbewohnten Atoll mitten im Südpazifik zwischen Neuseeland und Chile, wie unter dem Brennglas. Das nur neun mal fünf Kilometer große Eiland gehört aufgrund seiner einzigartigen Fauna und Flora seit 1988 zum Weltnaturerbe der Unesco. Viele auf der Koralleninsel lebenden Tier- und Pflanzenarten kommen nur dort vor.

Ein Paradies – wäre da nicht der Müll

Australische Forscher fanden auf den einsamen Stränden die „höchste Mülldichte der Welt“, wie es in ihrer 2017 veröffentlichten Arbeit heißt. Demnach haben sich pro Quadratmeter Strand 672 Abfallteile angehäuft. Inklusive der im Sand vergrabenen Partikel beträgt die Mülldichte sogar 4500 Abfallteile. Die Forscher schätzen, dass auf der Insel insgesamt ungefähr 18 Tonnen Müll liegen – das meiste davon Plastik. Dabei gibt es in einem Umkreis von 5000 Kilometern um Henderson Island keinerlei menschliche Zivilisation.

„Plastik ist überall“, sagt Lars Gutow, Meeresbiologe am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. „Es gibt kein Meeresgebiet, das unbelastet ist.“ Allerdings verteilen sich die Abfallmengen sehr ungleichmäßig. An manchen Stellen konzentrieren sich kleine und große Plastikteile, zusammengetrieben von Wind und Strömung, und bilden riesige, langsam rotierende Müllstrudel. Der Nordpazifische Müllstrudel zwischen Kalifornien und Hawaii, eine Ansammlung von rund 80.000 Tonnen Plastik, erstreckt sich über eine Fläche von 1,6 Millionen Quadratkilometern – ein Gebiet, mehr als viermal so groß wie Deutschland.

Eine Wolke aus winzigen Partikeln

Allerdings darf man sich einen solchen Strudel nicht als einen geschlossenen Müllteppich vorstellen, stellt Gutow klar. „Wenn man mit dem Schiff hindurchfährt, sieht man hauptsächlich Wasser.“ Von Bord aus ließen sich mit bloßem Auge lediglich Teilchen bis zu einer Größe von etwa zwei Zentimetern erkennen. Doch das Wasser ist bis in mehrere Meter Tiefe dicht mit Plastik durchsetzt, berichtet der Meeresbiologe: „Man kann sich das wie eine im Wasser schwebende Wolke winziger Partikel vorstellen“, erklärt er. „Um das wirkliche Ausmaß abschätzen zu können, muss man ein feinmaschiges Netz hindurchziehen.“ Darin bleibe das Mikroplastik hängen, Kunststoffteilchen mit einem Durchmesser von weniger als fünf Millimeter. Sämtliches Plastik, was jemals ins Meer gespült wurde, ist immer noch da – nur eben zerbröselt zu Mikroplastik, das heute den weitaus größten Teil des Meeresplastiks ausmacht.

Doch Mikroplastik gelangt nicht nur durch den Zerfall von Makroplastik ins Meer. Die winzigen Kunststoffpartikel werden auch bei jedem Waschgang aus Outdoor-Kleidung und anderen Synthetik-Textilien ausgewaschen. Zudem stecken sie als Zusatz in Duschgels, Peelings oder Zahnpasta, wo sie für den mechanischen Reinigungseffekt sorgen – aber eben auch das Abwasser belasten.

Die Deutschen vermüllen ihre Umwelt mit rund 330.000 Tonnen Mikroplastik pro Jahr, heißt es in einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) in Oberhausen aus 2018. Das sind rund vier Kilogramm pro Kopf – ein im internationalen Vergleich sehr hoher Wert.

Die Hauptquelle für Mikroplastik ist bei uns der Gummiabrieb von Autoreifen. Dieser gelangt über den Wind meist direkt in die Flüsse und wird nur bei Regen über die Kanalisation geleitet. Belastetes Abwasser nimmt stattdessen üblicherweise den Weg über die Kläranlagen. Mikro-teilchen werden dort jedoch nur zum Teil zurückgehalten, wie eine AWI-Studie von 2014 belegt. Im gereinigten Abwasser von zwölf niedersächsischen Kläranlagen fanden die Forscher im Mittel knapp 900 Mikroplastikteilchen pro Kubikmeter – eine Müllfracht, die bei Regelbetrieb dann ebenfalls in die Flüsse und damit in die Meere eingeleitet wird.

Giftstoffe aus den Bröseln

Was Plastik im Allgemeinen und Mikroplastik im Besonderen zur potenziellen Gefahr für marine Ökosysteme macht, ist nicht nur der Kunststoff an sich. Auch der Gehalt an Zusatzstoffen, die ihm erwünschte Eigenschaften verleihen, stellt eine Belastung für die Natur dar. Gängig sind giftige Weichmacher, die Kunststoffe elastisch machen, nervenschädigende Flammschutzmittel, etwa in Gehäusen von Elektrogeräten, die die Entzündbarkeit herabsetzen, sowie hormonell wirksame Lichtschutzmittel, die Materialien vor dem schädigenden Einfluss von UV-Licht bewahren. Beim Zerfall geben die Plastikteile diese Giftstoffe ins Wasser ab, wo sie von Meeresorganismen aufgenommen werden.

Hinzu kommt: Je länger Plastik im Wasser treibt, desto mehr organische Stoffe docken daran an. Darunter sind langlebige Umweltgifte wie DDT, ein hormonell wirksames Insektizid, und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die als besonders umweltschädlich gelten. Die Umweltanalytikerin Gesine Witt von der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg hat an Bord des deutschen Forschungsschiffs „Aldebaran“ die Belastung deutscher Küsten untersucht und festgestellt, dass Mikroplastik im Gewässerboden drei- bis viermal so stark mit Umweltgiften belastet ist wie das umgebende Sediment. Sie spricht von einem „Giftcocktail“, den Meeresplastik mit sich trägt.

Wie Makroplastik auf Meeresorganismen wirkt, ist inzwischen gut belegt. Jedes Jahr verenden daran rund 100.000 Meeressäuger, Millionen von Seevögeln und unzählige Fische, berichtet das Umweltbundesamt. Über Bord gegangene Netzreste, auch Geisternetze genannt, die im Wasser treiben und quasi eigenständig weiterfischen, werden zur Todesfalle für Wale, Delfine und Schildkröten. Die Tiere verheddern sich und ertrinken.

Tödliche Schnüre im Vogelnest

In nahezu allen Nestern von Basstölpeln, einer Vogelart, die auf den Klippen der Insel Helgoland nistet, befinden sich schnurförmige Kunststofffasern. Die Tiere verwechseln sie mit natürlichem Material und nutzen sie zum Nestbau. Verfangen sie sich darin, verenden sie qualvoll. Von den rund 1300 Basstölpeln, die jedes Jahr auf Helgoland nisten, überleben deshalb etwa 60 Vögel die Brutsaison nicht.

Zudem fressen Fische und Seevögel Plastik, weil sie es für Nahrung halten. Wenn ihr Verdauungstrakt die Plastikteile nicht wieder ausscheiden kann, verhungern sie mit vollem Magen.

Die Effekte von Mikroplastik auf marine Ökosysteme sind dagegen noch weitgehend unklar. Eine irische Forschergruppe nahm 2015 sieben Fischarten, gefangen im Nordwestatlantik in Tiefen von 300 bis 600 Metern, unter die Lupe und fand im Darminhalt von drei Vierteln der untersuchten 233 Tieren Mikropartikel. Inzwischen gibt es für über 700 Tierarten Nachweise, dass sie Mikroplastik aufnehmen, berichtet Mark Lenz, Biologe am Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung (Geomar) in Kiel. „Was es im Organismus bewirken, wissen wir aber nicht.“ Im Idealfall wird es durch den Verdauungstrakt geschleust und nach einiger Zeit wieder ausgeschieden. Doch es kann auch anders kommen, wie ein Versuch mit Miesmuscheln zeigt, die am AWI in Bremerhaven mit großen Mengen Mikroplastik gefüttert wurden: Die Partikel reicherten sich im Gewebe der Tiere an und riefen Entzündungen hervor.

Kritik an Laborexperimenten

Das sei jedoch ein Laborversuch unter Extrembedingungen gewesen, kritisiert Geomar-Forscher Lenz. Seine Experimente zeigten zwar auch negative Effekte auf die Muscheln, aber die waren nur schwach ausgeprägt und traten erst gegen Ende auf. „Muscheln sind robust und passen sich an“, sagt der Biologe. „Mit Partikel-konzentrationen, wie sie aktuell in den Ozeanen zu finden sind, können sie anscheinend gut umgehen.“ Doch das ist keine Entwarnung: „Andere Arten reagieren vielleicht anders“, schränkt Lenz ein.

Zumal auch Mikroplastik immer weiter zerfällt – in Nanoplastik, wie Wissenschaftler Partikel kleiner als 100 Nanometer bezeichnen. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 80.000 Nanometer dick. Auch solche Nanopartikel wurden bereits in Meeresorganismen nachgewiesen. Doch die Forschung steht hier noch ganz am Anfang – nicht zuletzt, weil es an Analysemethoden für derart winzige Teilchen mangelt.

Einen Schritt weiter als die Erforschung der Nanopartikel, aber auch noch am Anfang, ist die Suche nach Bakterienstämmen, die fähig sind, Plastik effektiv zu zersetzen. Das Konzept dahinter: biologische Kläranlagen, die Meerwasser von Nano- und Mikroplastik befreien. Bakterien, die das tun, wurden bereits isoliert, arbeiten aber noch ineffizient.

Appetit auf Plastikflaschen

Ein Beispiel dafür ist das Bakterium Ideonella sakaiensis, das seinen Energiebedarf deckt, indem es mithilfe des Enzyms PETase den Kunstsoff PET in seine Bestandteile zerlegt. PET ist ein gängiger Kunststoff, aus dem etwa Plastikflaschen für Limonade bestehen. Ein Problem: Ideonella verträgt kein Salzwasser. Marburger Forscher haben deshalb den genetischen Bauplan des Bakteriums für PETase in Meeresalgen eingebaut. In Versuchen zeigte sich, dass die modifizierten Algen das PET im Meerwasser tatsächlich zersetzen. Nun gelte es, das neu entwickelte Abbausystem für die technische Anwendung zu optimieren, sagt Studienleiter Daniel Moog.

Einen anderen Ansatz verfolgt eine Arbeitsgruppe des Geomar und der Universität Kiel: Statt eine bestimmte Bakterienart zu suchen, die in der Lage ist, Plastik zu zersetzen, testet sie ganze Bakteriengemeinschaften auf diese Fähigkeit. „Aus der Ökosystem-Biologie wissen wir, dass Monokulturen nicht besonders widerstandsfähig sind“, erklärt Peter Deines die zugrunde liegende Idee. Bioreaktoren mit nur einer Bakterienart hätten hohe Ausfallraten. „Gemeinschaften mit verschiedenen Arten sind stabiler, effizienter und vielseitiger“, erläutert der Kieler Biologe.

Bei Ausfahrten zum Nordatlantischen Müllstrudel hat die Arbeitsgruppe bereits Plastikteile mit darauf lebenden Bakteriengemeinschaften gesammelt. „Bakterien sind äußerst anpassungsfähig“, sagt Deines. „Haben sie ausschließlich Plastik als Kohlenstoffquelle, finden sie wahrscheinlich einen Weg, daraus Energie zu gewinnen und dabei das Plastik zu zersetzen.“ Deshalb sei die Hoffnung groß, in Müllstrudeln auf plastikfressende Bakteriengemeinschaften zu stoßen. Falls die Kieler Forscher fündig werden, könnten Klärwerke künftig mit einer Reinigungsstufe nachgerüstet werden, die Plastik im Abwasser zersetzt.

Neben Forschungsinstituten hat sich auch eine Handvoll privater Initiativen dem Kampf gegen das Plastik in den Ozeanen verschrieben. Die bekannteste unter ihnen, „The Ocean Cleanup“ des Niederländers Boyan Slat, will die riesigen Müllstrudel in den Weltmeeren mit einer autonom arbeitenden Sammelanlage abfischen.

Die Fangvorrichtung, ein 600 Meter langer, U-förmiger Schwimmkörper mit einer Schürze, die drei Meter unter Wasser reicht, sammelt Teilchen bis zu einer Größe von einem Millimeter ein. Die mitten im Müllstrudel treibende Anlage kommt ohne Energiezufuhr von außen klar, denn die Plastikteile werden von Wind und Wellen in die Fangvorrichtung geschwemmt.

Nach anfänglichen Rückschlägen fischt der schwimmende Müllschlucker seit Oktober 2019 wie geplant den Nordpazifischen Müllstrudel ab. Das Sammelgut wird sortiert und recycelt. Eine Sonnenbrille aus Meeresplastik für 199 Euro ist bereits auf dem Markt. Die Einnahmen aus ihrem Verkauf sollen helfen, die Säuberungsaktion zu finanzieren.

Vorsicht beim Müllabschöpfen

Allerdings kritisieren einige Experten, dass das Abschöpfen des auf und dicht unter der Meeresoberfläche treibenden Mülls mehr schade als nütze. Zu groß sei die Flut an Müll, um sie mit Sammelanlagen wirksam zu bekämpfen. Stattdessen müsse man verhindern, dass Plastik überhaupt ins Meer gelangt, so der Tenor der Kritik. „Jedes Stückchen Plastik weniger in den Ozeanen ist gut“, sagt dagegen AWI-Meeresbiologe Lars Gutow.

Das Abschöpfen schädige ein in der Wasseroberfläche und dicht darunter schwebendes Ökosystem. Die nur wenige Millimeter dicke Grenzschicht zwischen Luft und Wasser ist Lebensraum für eine Gemeinschaft fragiler Meereswesen, die kaum erforscht ist. Dieses „Neuston“ (griechisch für „das Schwimmende“) wird – ebenso wie Mikroplastik – von Wind und Wellen hin und hergetrieben und konzentriert sich folglich dort, wo sich auch der Müll anhäuft. „Man sollte möglichst nur dort sammeln, wo sich vorübergehend Müllteppiche bilden“, empfiehlt Gutow. „Dann bleibt der Schaden für das Ökosystem überschaubar.“

Auch Forscher der Universität Bern sehen das Abfischen der Müllstrudel kritisch. In einer aktuellen Studie kommen sie zu dem Schluss, dass der größte Teil des Plastiks gar nicht aufs offene Meer gelangt: „80 Prozent des Mülls treiben fünf Jahre nach dem Einspülen ins Meer noch immer in küstennahen Entfernungen von höchstens zehn Kilometern“, berichtet Victor Onink, Leitautor der Studie. Statt das Plastik auf hoher See abzufischen, hält er es für sinnvoller, es einzusammeln, bevor es dorthin gelangt, also an Küsten und in Flussmündungen.

Räumtrupp aus Robotern

Ein Sammelsystem, das genau dies tut, wird derzeit an zwei Standorten erprobt. „Seaclear“, entwickelt von Wissenschaftlern aus fünf EU-Ländern, kombiniert Flug- und Tauchroboter mit einem autonom fahrenden Mutterschiff und aufwendiger Steuerungstechnik. Während ein Tauchroboter, die Flugdrohne und das Mutterschiff das Plastik an der Oberfläche, auf dem Meeresgrund und im Wasser dazwischen kartieren, sammelt ein zweiter Tauchroboter anhand dieser Infos die Teile mit einem eigens konstruierten Greifarm und einer Saugvorrichtung ein und bringt sie zum Mutterschiff.

Damit der auf Künstlicher Intelligenz basierende robotische Räumtrupp in der Lage ist, Plastikmüll von der Meeresflora und -fauna zu unterscheiden, zu klassifizieren und einzusammeln, ohne empfindliche Ökosysteme zu schädigen, wird er zuvor mit sogenannten Deep-Learning-Algorithmen aufwendig geschult.

Die beiden Räumtrupps, die derzeit im Einsatz sind, haben unterschiedliche Herausforderungen zu bewältigen. Die Müllgreifer im Hamburger Hafen sammeln bei hohem Schiffsaufkommen und schlechter Sicht im trüben Wasser. Anders im glasklaren Wasser der Adria bei Dubrovnik: Dort ist jedes Plastikfitzelchen gut zu erkennen. Doch die Tauchroboter müssen beim Säubern der Küste darauf achten, keine Badegäste zu gefährden. Sollten sich die Systeme bewähren, könnten sie künftig als reguläre Hafen- oder Küstendienstleistung betrieben werden.

Allerdings ist das, was Sammelsysteme abfischen, bloß die Spitze des Plastikbergs in den Weltmeeren. Denn nur etwa zehn Prozent des Mülls schwimmen auf der Wasseroberfläche oder im Wasser. Der große Rest sammelt sich für den Menschen unsichtbar am Meeresgrund. „Im Wasser treibendes Plastik wird nach und nach von Meeresorganismen besiedelt“, beschreibt AWI-Meeresbiologe Lars Gutow den Vorgang. „Mit zunehmenden Bewuchs werden die Teile schwerer, sinken irgendwann auf den Boden und reichern sich im Sediment an.

Das geschieht vor allem in der Tiefsee: Auf dem Grund der Framstraße, eines rund 500 Kilometer breiten und bis zu 5700 Meter tiefen Seewegs, der zwischen Grönland und Spitzbergen das Polarmeer und den Atlantik miteinander verbindet, entdeckten AWI-Forscher extreme Anreicherungen von Mikroplastik: pro Kilogramm Sediment fanden sie bis zu 13.000 Partikel – eine bis zu 16.000 Mal so hohe Konzentration wie im Wasser darüber.

Das lässt vermuten, dass die tiefsten Meeresregionen bereits Endlager für Plastikmüll sind – was von Funden im bis zu 11.000 Meter tiefen Marianengraben im Pazifik gestützt wird. Dort, am tiefsten Punkt der Weltmeere, haben sich rund 3500 Plastikteile im Sediment festgesetzt. „Die Tiefsee ist vom Menschen noch weitgehend unerforscht, doch sein Müll ist schon da“, sagt Gutow. „Für mich ist das ein Sinnbild für das Verhältnis des Menschen zu seiner Umwelt.“

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…