Forschung | Ist das Verbrennen von Plastik das Ende des Problems? Mikroplastik lachte: Du bist zu naiv!

Mikroplastik (maximaler Durchmesser ≤ 5 mm) ist allgegenwärtig und seine potenzielle Toxizität erregt weltweit zunehmend Aufmerksamkeit. Derzeit gibt es zwei Hauptideen zur Reduzierung der Mikroplastikverschmutzung. Zum einen geht es darum, den Plastikverbrauch und die Entstehung von Plastikmüll an der Quelle zu reduzieren, zum anderen darum, das Recycling und die Behandlung von Plastikmüll zu stärken. Beide Wege sind jedoch mit Schwierigkeiten verbunden. Als Entsorgungsmethode nehmen Müllverbrennung und Energierückgewinnung derzeit einen großen Anteil der Behandlungssysteme für feste Abfälle in Industrie- und Entwicklungsländern ein.

Es wird allgemein angenommen, dass die Verbrennung Plastikmüll dauerhaft beseitigt, indem Polymere letztlich in Kohlendioxid und anorganische Fragmente umgewandelt werden. Aktuelle Untersuchungen zeigen jedoch, dass in der Schlacke, die am Ende der Verbrennung entsteht, noch unverbranntes Material vorhanden ist, das durch Wiederverwendung (Ziegelherstellung, Straßenbau usw.) oder Deponierung wieder in die Umwelt gelangen kann.

Müllverbrennungskarte | Pixabay

Um zu überprüfen, ob durch Verbrennung Mikroplastik vollständig eliminiert werden kann und um die Menge an Mikroplastik zu bewerten, die durch die Schlacke in die Umwelt transportiert wird, lesen Sie den Artikel „Ist Verbrennung der Terminator für Kunststoffe und Mikroplastik?“ wurde 2021 in der Fachzeitschrift Journal of Hazardous Materials veröffentlicht. In der Studie „Ist Verbrennung der Terminator für Kunststoffe und Mikroplastik?“ extrahierte und identifizierte eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler erstmals Mikroplastik in der Schlacke aus der Müllverbrennung.

Journal of Hazardous Materials Journalbild | Wissenschaftsdirekt

Für die Studie wurde Schlacke aus 16 Müllverbrennungsanlagen und einem Schlackenbehandlungszentrum in acht verschiedenen Städten Chinas gesammelt. Von den 16 Müllverbrennungsanlagen arbeiten 12 mit Rostfeuerungen und 4 mit Wirbelschichtfeuerungen. Von den 17 Probenahmestellen bedienen 7 Gebiete, in denen die Abfallsortierung bereits eingeführt wurde, während sie in den anderen 10 noch nicht eingeführt wurde. Der Müll, der in die Verbrennungsanlage gelangt, besteht hauptsächlich aus Hausmüll. Daneben werden auch Industriemüll, Gewerbemüll, Bau- und Abbruchabfälle, Verpackungen, Kunststoffrohre, wasserfeste Materialien und Tapeten mit dem Hausmüll vermischt. Die tägliche Verarbeitungskapazität des Rostofens beträgt 330 bis 867 Tonnen/Tag, die der Wirbelschicht 350 bis 400 Tonnen/Tag. Die Schlackenproduktionsrate von Rostöfen beträgt 15–25 % und ist damit höher als die von Wirbelschichtöfen (8–10 %). Die für die Studie ausgewählten Verbrennungsanlagen wurden im letzten Jahrzehnt neu gebaut oder modernisiert. Sie sind technologisch fortschrittlich und können als Vertreter typischer Verbrennungsanlagen in China dienen.

Während des stabilen Betriebs der Verbrennungsanlage wurden von insgesamt 31 Schlackehaufen Proben entnommen, und die Qualität jeder Probe war gleich. Durch eine Reihe von Prozessen (einschließlich Trocknen, Sieben, Behandlung mit NaCl-Lösung, Ultraschall, Spülen mit deionisiertem Wasser usw.) wurden Partikel aus den Schlackenproben extrahiert, bei denen es sich vermutlich um Mikroplastik handelt. Alle Partikel, bei denen es sich vermutlich um Mikroplastik handelte, wurden fotografiert, aufgezeichnet und mithilfe der μ-FTIR-Technologie identifiziert. Unter ihnen wurden Partikel mit gleichmäßiger Textur, ohne Zellstruktur, ohne Bruch beim Ausüben von Druck mit einer Pinzette und offensichtlichen künstlichen Farbstoffen ebenfalls als Mikroplastik identifiziert. Im Rahmen der Studie wurden an den Schlackenproben auch Verbrennungsverlusttests durchgeführt. Nachdem die Probe von Metall befreit und gemahlen wurde, wird sie erhitzt, um einen Verbrennungsverlust zu erleiden, und der endgültige Gewichtsverlust des abgekühlten Rückstands spiegelt den Gehalt an unverbranntem Material wider. Die Bedingungen wurden während des gesamten Experiments streng kontrolliert, um eine Kontamination durch externe Kunststoffe zu vermeiden.

Bild von Verbrennungsschlacke | Anzeige Rem

In den Schlackenproben wurden im Rahmen der Untersuchung insgesamt 892 Mikroplastik-verdächtige Partikel nachgewiesen, davon wurden 276 als Mikroplastik identifiziert. Die durchschnittliche Häufigkeit von Mikroplastik in der Schlacke betrug 116±172 Stück/kg. Die Häufigkeit von Mikroplastik an den 13 Rostfeuerungsstandorten betrug 125±180 n/kg. An zwei der vier Wirbelschichtofenstandorte wurde Mikroplastik mit einer Häufigkeit von 84 ± 167 n/kg nachgewiesen. Die Häufigkeit von Mikroplastik in Verbrennungsanlagen in Gebieten mit umgesetzter Abfalltrennung (33±79 Stück/kg) war geringer als in Gebieten ohne diese Regelung (228±264 Stück/kg), und der Unterschied war statistisch signifikant (p

Insgesamt wurden in der Schlacke neun Kunststoffarten gefunden: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyesterfaser (PES), Polyamid (PA), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyurethan (PU) und Epoxidharz. Alle 12 Proben aus dem Rostofen enthielten PE oder PP, was beweist, dass PE und PP die beiden am häufigsten produzierten und verwendeten Polymere sind. Verpackungen sind eine Hauptquelle für Plastikmüll. In Verbrennungsanlagen mit hohem Bauschuttaufkommen hat PS einen hohen Anteil, da es überwiegend für Verpackungen und Baumaterialien verwendet wird. In den Rostofenproben, bei denen der Abfall nicht an der Quelle sortiert wurde, waren die Hauptkategorien von Mikroplastik PP und PS. Bei den nach Herkunft sortierten Rostfeuerungsascheproben wies PE den höchsten Anteil an Mikroplastik auf, gefolgt von PET und PES; Die Hauptquelle für Mikroplastik aus PET und PES waren weggeworfene Textilien (Faserprodukte).

Mikroplastik wird je nach Form in vier Kategorien eingeteilt: Granulat (43 %), Fragmente (34 %), Filme (18 %) und Fasern. Als Granulat bezeichnet man unregelmäßige, dicke Kunststoffe mit relativ gleichmäßiger Länge, Breite und Dicke. Fragmente haben eine Dicke, die deutlich geringer ist als die beiden anderen Dimensionen; Filme sind flache Objekte, die durchscheinend und flexibler als Fragmente sind. Granuläres Mikroplastik bestand hauptsächlich aus PP, während fragmentiertes Mikroplastik hauptsächlich aus PE und PS bestand, was durch die übermäßige Verwendung von Verpackungen verursacht werden kann. PET und PES machen 70 % der weltweiten Faserkunststoffe aus und sind damit die wichtigsten Mikroplastikfasern in der Schlacke. Die körnigen und fragmentierten Mikroplastikpartikel in der Schlacke weisen eine unregelmäßige Form und raue Kanten auf, was auch dazu führt, dass die in der Schlacke verbleibenden Kunststofffragmente nach und nach in Mikroplastik zerfallen.

Mikroplastik-Bild bereitgestellt von Cole Brookson vom Rochman Laboratory

Die Gasverteilung in der Wirbelschicht ermöglicht eine bessere Durchmischung des Abfalls mit Bettmaterialien (wie Quarzsand, Kalkstein, Aluminiumoxid oder Keramikmaterialien), wodurch die Wärmeübertragungseffizienz und die Kontaktwahrscheinlichkeit verbessert werden. Daher ist der Wärmeverlust von Wirbelschichtofenschlacke geringer als der von Rostofenschlacke, was darauf hindeutet, dass Wirbelschichtöfen eine höhere Verbrennungseffizienz für Abfall aufweisen. Darüber hinaus ist die Dichte des Wirbelschichtmaterials höher als die der meisten handelsüblichen Kunststoffe, und Kunststoffabfälle mit einer geringeren Dichte als das Bettmaterial werden im Ofen zirkuliert und verbrannt, was zu einem geringeren Mikroplastikgehalt in der Wirbelschichtofenschlacke führt. Daher ist die Häufigkeit von Mikroplastik in der Wirbelschichtschlacke geringer als in der Rostfeuerung.

In der Schlacke macht körniges Mikroplastik den größten Anteil aus. Frühere Studien haben ergeben, dass Mikroplastik in Sickerwasser und Kompost vorwiegend in Form von Flocken bzw. Fragmenten vorliegt. Dies lässt darauf schließen, dass sich Mikroplastik in Schlacke deutlich von dem in Deponien und Kompost unterscheidet, möglicherweise weil flache Flocken und Fragmente bei der Verbrennung leichter zerstört werden als Partikel bei der Müllverbrennung. Darüber hinaus schmelzen Kunststoffgegenstände, die keine Flocken oder Chips sind, teilweise zu Klumpen, wodurch die interne Wärmeübertragung behindert wird und sie in der Asche verbleiben können. Kleine Partikel haben eine größere Oberfläche, können besser mit der Luft in Kontakt treten und Wärme effizienter übertragen als große Partikel. Daher nimmt die Häufigkeit von Mikroplastik in Schlacke mit abnehmender Partikelgröße zu, was mit früheren Studien zu Mülldeponien, Komposten und natürlichen Feststoffmatrizen übereinstimmt.

In dieser Studie wurde erstmals über die Menge an Mikroplastik berichtet, die aus der Schlacke von Verbrennungsanlagen für städtischen Hausmüll extrahiert wurde, und die Menge an Mikroplastik ermittelt, die aus der Schlacke von 12 Rostöfen, 1 Schlackenbehandlungszentrum und 4 Wirbelschichtverbrennungsanlagen in China extrahiert wurde. Die Ergebnisse liefern experimentelle Beweise dafür, dass die Verbrennung von Plastikmüll kein Ende setzen kann und Schlacke weiterhin eine potenzielle Quelle für Mikroplastik bleibt. Die Hauptform von Mikroplastik in Schlacke sind Partikel, und der Haupttyp ist PP. Die Menge an Mikroplastik nahm mit abnehmender Partikelgröße zu, was darauf schließen lässt, dass Plastikfragmente während des Verbrennungsprozesses zu Mikroplastik zerkleinert werden können. Die Menge an Mikroplastik an Standorten, an denen eine Abfallsortierung durchgeführt wurde, war deutlich geringer als an Standorten, an denen keine Sortierung durchgeführt wurde. Dies deutet darauf hin, dass sich die Abfallsortierung positiv auf das Mikroplastikmanagement auswirkt. Die Häufigkeit von Mikroplastik korreliert negativ mit dem BIP pro Kopf, was darauf hindeutet, dass die Häufigkeit von Mikroplastik eng mit der Zusammensetzung des Abfalls zusammenhängt. Schätzungsweise entstehen bei jeder Tonne Müll, die in eine Verbrennungsanlage gegeben wird, 3,6.000 bis 102.000 Mikroplastikpartikel. Daher besteht die Notwendigkeit, die Mikroplastikemissionen aus der Abfallwirtschaft zu überprüfen. Unsere Ergebnisse liefern experimentelle Beweise dafür, dass die Verbrennung nicht das Ende von Plastikmüll ist und dass Schlacke eine potenzielle Quelle für in die Umwelt freigesetztes Mikroplastik ist.

Verweise

1.Yang, Z., et al. „Ist die Verbrennung der Terminator für Kunststoffe und Mikroplastik?“ Journal of Hazardous Materials (2020):123429.

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Edit: Eiweiß, weg mit Plastik