Ermittlung und Minderung von Mikroplastik- und Schadstoffemissionen von Kunststoffrasen-Sportplätzen
Projektdurchführung
Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
(IUTA)
Bereich Umwelthygiene & Spurenstoffe
Bereich Forschungsanalytik
Bliersheimer Str. 58 - 60
47229 Duisburg
Zielsetzung
Kunstrasensysteme stehen zunehmend im Fokus der Umweltforschung, da sie als potenziell bedeutende Quelle für Mikroplastikemissionen gelten. Neben der Freisetzung von polymerbasierten Partikeln können aus den verwendeten Materialien auch Spurenstoffe wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sowie Metalle freigesetzt werden. Es herrscht große Unsicherheit darüber, welche Mengen Plastikpartikel von den Kunstrasenplätzen freigesetzt werden, ob die Freisetzung von der Nutzungsart und -intensität oder vom Alter des Platzes abhängig ist und über welche Austragspfade die Partikel emittiert werden.
Das Ziel dieses Forschungsprojektes war daher, die Frachten von Mikroplastik und gewässerrelevanten Spurenstoffen darunter PAKs und Schwermetalle, die aus Kunststoffrasen-Systemen in die Umwelt freigesetzt werden können, zu ermitteln.
Arbeitsschritte
Um die Frage beantworten zu können, wurde an verschiedene Kunstrasenplätzen Proben genommen und untersucht. Der Sportplatz des VfL Sittensen wurde als Referenzplatz ausgewählt, weil er über eine Filtration partikulärer Schadstofffrachten für Teilflächen des Kunstrasenplatzes verfügt und so vier verschiedene Ablaufvarianten untersucht werden konnten: Kunstrasen unbehandelt, Kunstrasen behandelt (mit Filtersubstrat), Laufbahn behandelt (mit Filtersubstrat) sowie die Drainage. Die behandelten Abläufe waren mit einem speziellen Filtersubstrat ausgestattet, das der Rückhaltung von Mikropartikeln und Spurenstoffen diente.
Die weiteren Kunstrasenplätze lagen in Hessen und Nordrhein-Westfalen. Bei diesen Plätzen wurden Drainageproben (Hessen) sowie Proben aus den Gullys der Ablaufrinnen entnommen oder die Drainage beprobt welche direkt in die Umwelt entwässerte.
An die örtlichen Gegebenheiten der einzelnen zur Untersuchung ausgewählten Kunstrasenplätze wurden angepasste Probenahmesysteme (Kaskadenfiltration, Sedimentationskästen, Planktonnetze in Anlehnung nach Anderson, Bechergläser) für die repräsentative Beprobung der Wasserpfade ausgewählt, eingesetzt und optimiert. Parallel dazu wurden für die typischen in Kunstrasensystemen eingesetzten Materialien (Teppich, Nähte, Fasern, Infill) mit Hilfe der thermischen Extraktion und Desorption gekoppelt mit Gaschromatographie und Massenspektrometrie (TED-GC/MS) spezifische Pyrolyseprodukte ermittelt und in einer Materialcharakterisierung zusammengefasst. Zusätzlich erfolgten die Bestimmungen von PAK, PFAS und Metallen nach einschlägigen DIN-Methoden in ausgewählten Proben durch nach DIN EN ISO 17025:2018 akkreditierte Untersuchungsstellen.
Neben Wasserproben zur Bestimmung der Mikroplastik- und Schadstofffracht wurden an ausgewählten Plätzen auch Bodenproben genommen und untersucht. Die Probenahme erfolgte adäquat wie beim UBA-Vorhaben Hintergrundwerte für PFAS und (Mikro)Kunststoffe – bundesweite Beprobung von landwirtschaftlich genutzten Böden (FKZ 3720 72 288 0).
Zur Überprüfung des Transportes von Fasern oder kleinsten Partikeln durch die Luft wurde in Sittensen PM10 Messung durchgeführt.
Die Proben wurden zur Bestimmung der Mikroplastikfracht entweder nach aufwändiger Probenvorbereitung am TED-GC-MS untersucht. Bei bereits optisch erkennbaren und damit großen Mengen an Fasern oder Infill, sind diese Materialien händisch aussortiert und gewogen worden.
Ergebnisse
In fast allen wässrigen Proben und Bodenproben waren Partikel und/oder Fasern, die eindeutig auf den Austrag aus dem Kunstrasensystem zurückgeführt werden können, nachweisbar. In der Luftprobe des VFL Sittensen konnte kein Mikroplastik nachgewiesen werden.
Die gemessenen Konzentrationen des freigesetzten Infills in den wässrigen Matrices am Referenzstandort Sittensen waren etwa um den Faktor 1000 geringer als an den untersuchten Standorten in NRW. Für die nordrhein-westfälischen Plätze konnte ein Zusammenhang zwischen der Infill-Freisetzung, dem Alter der Kunstrasenflächen sowie der Niederschlagsmenge festgestellt werden. Insbesondere bei Starkregenereignissen wurde ein deutlich erhöhter Austrag von Infill beobachtet. Für die Freisetzung von Fasern ließ sich hingegen keine signifikante Korrelation mit dem Alter der Plätze oder den Niederschlagsmengen nachweisen.
In Sittensen zeigte sich, dass die behandelten Abläufe keine nachweisbaren Materialeinträge mehr aufwiesen. Im Verlauf des Projekts wurde in der Drainage ein Anstieg der Infill-Konzentration festgestellt, während im unbehandelten Kunstrasenablauf vermehrt Fasern detektiert wurden.
Die Konzentrationen der PAK lagen in allen Proben unterhalb der Nachweisgrenzen. Schwermetalle – insbesondere Zink – wurden in allen Proben nachgewiesen, blieben jedoch deutlich unterhalb der geltenden Grenzwerte. PFAS wurden an sämtlichen Standorten in niedrigen Konzentrationen detektiert. Die mit Filtersubstrat ausgestatteten Abläufe in Sittensen zeigten darüber hinaus eine merkliche Reduktion der Konzentration einiger Metalle (Eisen und Zink). Für die organischen Spurenstoffe (PFAS) gab es keine Zusammenhänge oder Abhängigkeiten von der Ausstattung und vom Alter der Kunstrasenplätze.
Bei den Bodenproben wurde ein Zusammenhang mit dem Alter der Plätze (Zunahme der Konzentration in den Proben) und mit der Entfernung zum Platz (Abnahme der Konzentration) festgestellt.
Öffentlichkeitsarbeit
# Das Projekt wurde auf wissenschaftlichen Konferenzen im Rahmen von Posterbeiträgen und Vorträgen präsentiert.
Vorträge:
Wolf et al. 2025: Ermittlung und Minderung von Mikroplastik- und Schadstoffemissionen von Kunststoffrasen-Sportplätzen (MiMiK), (Mikro-)Plastik in Böden – Ursachen, Auswirkungen und Lösungsansätze, Online 05.02.2025.
Poster:
Pruin et al. 2023: Determination and mitigation of microplastic and pollutant emission from synthetic turf sport fields, SETAC Europe 33th Annual Meeting 30 April - 4 May 2023, Dublin, Ireland
Andert et al. 2025: Microplastic, PAH and PFAS Emissions from Turf Fields: Impact on Water, Soil, and Air. SETAC Europe 35th Annual Meeting, 11 – 15 May 2025 Vienna, Austria.
Andert et al. 2025: Microplastic, PAH and PFAS Emissions from Turf Fields: Impact on Water, Soil, and Air. 27th International Symposium on Advances in Extraction Technologies, ExTech 08.09. – 11.09.2025, Mülheim an der Ruhr, Germany.
Andert et al. 2025: Microplastic, PAH and PFAS Emissions from Turf Fields: Impact on Water, Soil, and Air. Jahrestagung SETAC GLB 2025, 22.09 – 24.09.2025, Dessau, Germany.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass am Standort Sittensen die geringsten Mikroplastikemissionen gemessen wurden. Die Ergebnisse an den übrigen Standorten weisen darauf hin, dass sowohl das Alter der Kunstrasenplätze als auch die Intensität von Niederschlagsereignissen einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe der Infill-Freisetzung haben. Besonders Starkregenereignisse führen zu einer signifikanten Erhöhung der Emissionen. Für die Freisetzung von Fasern konnte dagegen kein eindeutiger Zusammenhang mit den untersuchten Parametern festgestellt werden.
Es konnte auch gezeigt werden, dass die Freisetzung nicht über das Drainagesystem erfolgt. Die gemessenen Mikroplastikemissionen sind eher ein Problem des oberirdischen Austrags durch Rinnen- und Gullysysteme.