Methodenentwicklung zur Quantifizierung von Reifenpartikeln in Umweltproben durch direkte Bestimmung von Pyrolyseprodukten und indirekte Bestimmung von organischen und anorganischen Markern

Stipendiatin/Stipendiat: Kathrin Müller

Während das Mikroplastik als Problem in der Umwelt in aller Munde ist, wurde den Reifenpartikeln, welche durch die Reibung zwischen Reifen und Straßenoberfläche entstehen, bisher kaum Beachtung geschenkt. Neuste Studien zeigen jedoch, dass die Reifenpartikel die größte Einzelquelle aller partikulären Kontaminanten in der Umwelt sind. Allein in Deutschland wird die Emission der Reifenpartikel auf ca. 130.000 t/a bzw. 1,6 kg/(cap a) geschätzt. Diese verbleiben zunächst auf und neben der Straße, werden jedoch durch Winde verweht und durch Regen von der Straße gespült und können so verschiedene Umweltkompartimente erreichen. Und obwohl die genaue Verteilung und Auswirkungen der Reifenpartikel in der Umwelt weiterhin unbekannt sind, gehen Modellstudien davon aus, dass anteilig bis zu 25 % der Reifenpartikel Gewässer erreichen können. Mit dem Erreichen von Gewässern besteht zudem ein großes Potential, dass nicht nur der Reifenpartikel selbst ein Umweltkontaminant darstellt, sondern auch als Quelle für Umweltkontaminanten agiert, indem sich Additive aus dem Reifenpartikel in die Umwelt herauslösen. 

Diese Wissenslücke über die Verteilung ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass es einen Mangel an geeigneten Analyse- und Quantifizierungsmethoden für Reifenpartikel in Umweltproben gibt und die existierenden noch nicht spezifisch genug sind oder sehr arbeitsintensiv. Das Ziel der Promotionsarbeit ist es daher, geeignete Methoden für die Analyse von Reifenpartikeln in der Umwelt zu entwickeln und diese Methoden zu validieren und zu vergleichen, um so die Quantifizierung der Reifenpartikel in der Umwelt zu ermöglichen und damit die Verteilung dieser zu bestimmen, sodass schließlich die Auswirkungen untersucht werden können. Dazu werden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt:

  1. Die Quantifizierung der Reifenpartikel erfolgt über die Hauptkomponente, den Kautschuk
  2. Die Quantifizierung der Reifenpartikel erfolgt über Markersubstanzen, welche sich aus den Reifenpartikeln lösen lassen

Für den ersten Ansatz wird ein System bestehen aus Pyrola Pyrolyseeinheit, SICRIT-Ionenquelle und QTOF Massenspektrometer eingesetzt werden und die Quantifizierung erfolgt über spezifische Kautschuk-Pyrolysprodukte. Insbesondere durch den Einsatz der SICRIT-Ionenquelle wird sich versprochen, dass neue spezifische und signifikate Pyrolyseprodukte identifiziert werden können.

Für den zweiten Ansatz wird zusätzlich in organische und anorganische Marker unterschieden. Derzeit gibt es keine zufriedenstellende organische Markersubstanzen, sodass zunächst verschiedene Extraktionsexperimente und Screenings erfolgen werden, um spezifische Markersubstanzen zu identifizieren, welche nicht aus den Reifenpartikeln in der Umwelt auslaugen. Gleichzeitig werden durch diese Experimente neue potentielle Umweltkontaminanten identifiziert, nämlich die Substanzen, welche auch mittels Wasser aus den Reifenpartikeln gelöst werden können. Nach Auswahl geeigneter Markersubstanzen wird dann ein geeignetes Extraktionsverfahren und eine Gaschromatographie oder Flüssigkeitschromatographie - Massenspektrometrie Methode entwickelt.

Für die Quantifizierung über anorganische Marker wird sich hauptsächlich auf Zink als Marker fokussiert werden und die bestehenden ICP-Methoden optimiert werden. Diese Methode wird voraussichtlich final als Screeningmethode genutzt werden, um eine große Probenmenge in kurzer Zeit realisierbar zu machen und so eine erste Abschätzung der Umweltbelastung und damit Priorisierung der Proben ermöglicht.

Abschließend werden die entwickelten Methoden validiert und verglichen werden und es sollen erste Realproben gemessen werden.

Des Weiteren wird untersucht, welche Substanzen sich aus den Reifenpartikeln herauslösen können und potentielle Umweltkontaminanten darstellen können. Die Wissenslücke über sogenannte Reifen-Leachables lässt sich darauf zurückführen, dass es bisher wenige systematische Studien dazu gibt, sondern Studien hauptsächlich eine bestimmte Substanzgruppe untersucht hatte. Daher sollen hergestellte Reifenpartikel in Wasser extrahiert werden und die Extrakte mittels einem Suspect-Target- und einem Non-Target-Screening systematisch untersucht und ausgewertet werden, um so potentielle reifenbürtige  Umweltkontaminanten zu identifizieren. Anschließend sollen Abbaustudien für diese Leachables durchgeführt werden und ein Umweltscreening, um so deren Umweltrelevanz beurteilen zu können.

Förderzeitraum:
01.07.2020 - 30.06.2023

Institut:
Universität Leipzig
Institut für Analytische Chemie
AK Prof. Reemtsma

Betreuer:
Prof. Dr. Thorsten Reemtsma

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: https://www.hs-fresenius.de/forschung-lehre/forschungsinstitute/institute-for-analytical-research-ifar/

Publikationen: