Entwicklung eines methodologischen und technologischen Verfahrens zur Reduktion der Mikroplastikbelastung bei der Meersalzgewinnung

Stipendiatin/Stipendiat: Michael Sturm

Durch unsachgerechte Entsorgung gelangen große Mengen an Kunststoffen (z.B. Plastikabfälle) in die marine Umwelt. Infolge der schlechten Abbaubarkeit verweilt der Plastikmüll sehr lange in der Wasserphase und fragmentiert mit der Zeit in immer kleinere Plastikpartikel. Partikel mit einer Größe von unter 5 mm werden als Mikroplastik (MP) eingestuft. Sie können zusätzlich auf direktem Weg (z.B. als Bestandteil in Kosmetika) in die Umwelt eingetragen werden. Die Kontamination mit MP wurde bereits in allen Teilen der aquatischen Umwelt nachgewiesen. Zahlreiche negative Effekte auf marine Organismen und Ökosysteme sind bekannt. Durch die stetige Fragmentierung von eingetragenem Plastik sowie durch die steigenden Einträge von neuem Plastik und MP kommt es zu einer immer höheren Belastung der marinen Umwelt, aufgrund der Akkumulation in der Nahrungskette auch für die Gesellschaft. Durch die ubiquitäre Präsenz stellt MP inzwischen ein Risiko für die menschliche Gesundheit dar. Über die Nahrungskette gelangt MP in den menschlichen Organismus. MP wurde bereits in Speisesalz, Trinkwasser, zahlreichen Fischarten und Meeresfrüchten, Bier, Honig und Zucker nachgewiesen. MP kann Schadstoffe aus der Umwelt binden, transportieren und in der Nahrungskette akkumulieren. Genauso kann es schädliche Inhaltstoffe wie Weichmacher oder Monomere in der Nahrungskette akkumulieren und nach der Aufnahme über Nahrung abgeben. In Laborexperimenten wurde nachgewiesen, dass MP-Partikel in das Gewebe und in den Blutkreislauf aufgenommen werden und somit in innere Organe und auch in das Gehirn gelangen können. Dort können sie Gewebe schädigen und Zellfunktionen stören. Auch neurologische Verhaltensstörungen sind möglich.

Derzeit gibt es keine Möglichkeiten MP aus Meerwasser zu entfernen, um eine Kontamination von Lebensmitteln zu verhindern. Mit dem geplanten Promotionsvorhaben wird erstmals ein Verfahren zur Fixierung von MP aus Meerwasser mit einem Transferfokus auf die Anwendung innerhalb der Meersalzgewinnung entwickelt. Der Anspruch an das Verfahren ist, die Kriterien der Nachhaltigkeit und Effizienz zu erfüllen. Weiterhin soll es technisch einfach umsetzbar und somit kostengünstig sowie universell anwendbar sein. Das Verfahren setzt auf die Anwendung von Organosilanen, welche sich an MP-Partikel anlagern und diese unter Bildung von Einschlussverbindungen verknüpfen. Dies führt zur lokalisierten Agglomerations-Fixierung von MP-Partikeln, welche in einem einfachen Filtrationsschritt entfernt werden können. Im ersten Teil der geplanten Promotionsarbeit steht die Anpassung der Methodik an das marine Umfeld im Vordergrund. Hierbei muss die Reaktivität der Organosilane an die marine Wassermatrix, besonders an die erhöhte Salinität und die Temperaturschwankungen angepasst werden. Auch müssen die Organosilane an die Oberflächenchemie der verschiedenen Polymertypen, welche unter den Begriff Mikroplastik fallen, angepasst werden. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Verfahren in den Technikumsmaßstab übertragen, um es möglichst einfach als Zusatzmodul mit Prozessen im marinen Umfeld kombinieren zu können. Als erstes Anwendungsgebiet soll die Meersalzgewinnung dienen. In aus Meerwasser gewonnenem Speisesalz wurden bis zu 680 MP-Partikel pro kg nachgewiesen. Mit 90 mio. t ist Meersalz die weltweit meist produzierte Salzart. 17,5 % des produzierten Salzes wird von der Nahrungsindustrie genutzt. Eine Kontamination von Meersalz oder salzhaltiger Nahrungsmittel soll somit verhindert werden.

Förderzeitraum:
01.08.2018 - 31.07.2021

Institut:
Karlsruher Institut für Technologie
Engler-Bunte-Institut

Betreuer:
Prof. Dr. Harald Horn

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Publikationen: