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Verwertung von Mulchfolien durch mikrobielles Upcycling

15.12.2021

Eine innovative Lösung?

Im Projekt iMulch entwickeln Forscherinnen und Forscher der RWTH Aachen Upcycling Strategien für die Verwertung von Mulchfolie mit Mikroorganismen.

Einen sehr hohen Verbrauch an Kunststoff hat die deutsche Landwirtschaft: Mit einem jährlichen Verbrauch von etwa 1,1 Millionen Tonnen Kunststoff verfügt sie über einen Anteil von 4,7 % des deutschen Gesamtverbrauchs (23,6 Millionen Tonnen) (Fraunhofer Umsicht, 2021). Eine Studie des NABU schätzt die Menge an Kunststoffemissionen, die durch landwirtschaftliche Tätigkeiten in Deutschland in den Boden gelangt, auf 3.635 Tonnen pro Jahr.

Obwohl derzeit keine detaillierte Analyse von Agrarkunststoffen nach Anwendungsgebieten für die deutsche Region veröffentlicht wurde, liegen auf europäischer Ebene Daten zur Herkunft von Kunststoffabfällen in der Landwirtschaft vor. Dementsprechend beträgt die Produktion der Fabrik 357.000 Tonnen, u. a. durch Mulchfolien, Pflanzenschutznetze oder Teile aus Bewässerungssystemen.

Insbesondere die Mulchfolien sind eine große Herausforderung.
Sie werden zum Schutz vor Witterung, Unkraut- und Schädlingsbefall von Kulturpflanzen in direkter Bodennähe verwendet und bringen diverse Vorteile mit. Beispielsweise verhindern sie das Austrocknen der Böden und bewahren auf diesem Wege eine lockere Bodenstruktur. Zudem erhöhen sie die Temperatur des Bodens. So fördern sie aktiv das Wachstum der Jungpflanzen und verlängern die Erntezeit. Folien bringen jedoch die Gefahr mit, dass ihre Reste auf den Feldern bleiben. Dies geschieht beispielsweise aufgrund von Witterungseinflüssen oder nicht fachgerechte Räumung.

Tatsächlich gibt es derzeit keine etablierte Methode zur Messung von Plastikemissionen in Ökosystemen und Böden. Verlässliche Aussagen über die Umweltauswirkungen von im Boden verbleibenden Folienresten sind daher schwierig.

Projekt iMulch - eine Messung von Mikro- und Makroplastik im Boden

Um dieses Problem zu lösen, entwickeln Wissenschaftler des iMulch-Projekts (www.imulch.eu) derzeit einen Neun-Kriterien-Prüfstand, um eine Messung von Kunststoffemissionen (Mikro- und Makroplastik) in Böden und Drainagewässern durchzuführen.

Das Forschungsprojekt untersucht sowohl erdölbasierte (PE) als auch biologisch abbaubare (PBAT-PLA) Folien. Zu den untersuchten Kriterien gehören die Verfrachtung, Alterung, Ad- und Desorptionsprozesse sowie die ökotoxikologischen Umwelteinwirkungen. Eine Überprüfung der Vor- und Nachteile der beiden Folien (auf Erdölbasis vs. biologischer Abbau) aus ökobilanzieller Perspektive ergänzt die Betrachtung. Tests finden sowohl im Labor als auch im Feld statt. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen wollen die Wissenschaftler wirksame Vermeidungs- und Alternativstrategien finden, um Plastikfolienfragmente in der Umwelt zu reduzieren.

Mikrobielles Recycling – Erhöhung des Anteils recyclebarer Folie

Das Projekt iMulch beschäftigt sich auch mit dem „Upcycling“ von Mulchfolien durch Bakterien. An diesem Thema arbeitet derzeit das Institut für angewandte Mikrobiologie der RWTH Aachen. Forscher suchen nach Mikroorganismen, die in der Lage sind, Kunststoffmoleküle aufzunehmen und durch Stoffwechselprozesse umzuwandeln.

Dazu isolierten sie Mikroorganismen aus Bodenproben verschiedener landwirtschaftlich genutzter Flächen. Dies sind Substanzen, die in der Lage sind, Kunststoffmoleküle umzuwandeln. Die eigentliche Umsetzung erfolgt durch die Kultivierung von Organismen in festen und flüssigen Nährmedien, die als einzige Kohlenstoffquelle Kunststoffmoleküle enthalten. Abbau- und Wachstumsversuche werden verwendet, um die Wachstums- und Abbauleistung isolierter Mikroorganismen zu quantifizieren.

Ziel ist es, geeignete Mikroorganismen oder Stoffwechselwege für mögliche biotechnologische Anwendungen zu finden, beispielsweise zum Recycling von Kunststoffen. Mithilfe der aus Kunststoffmolekülen gewonnenen Energie können Mikroorganismen Moleküle von industriellem Interesse herstellen, wie beispielsweise das Biopolymer PHA. Die Moleküle sollen dann in die Wertschöpfungskette aufgenommen werden und so den recyclingfähigen Folienanteil erhöhen.

Das iMulch-Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung gefördert“ gefördert. http://imulch.eu

 

  Quelle: www.imulch.eu


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