Zumindest bestimmte biobasierte Kunststoffe können wohl auch unter künftigen klimatischen Bedingungen gut abgebaut werden – beim Eintrag weiterer Stoffe könnten sich allerdings brisante Effekte ergeben. Das berichten Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in zwei Studien. Demnach könnten biologisch abbaubare Kunststoffe im Zusammenspiel mit hohen Stickstoffmengen über eine veränderte Mikrobengemeinschaft und ein größeres Schädlingsvorkommen die landwirtschaftliche Produktion beeinträchtigen.

„Gelangen große Mengen an Kunststoff in die Umwelt, ist das nie gut – auch nicht, wenn es sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff handelt“, bilanziert UFZ-Bodenökologe François Buscot. „Am besten wäre es, wenn wir den Plastikeintrag ganz vermeiden würden.“

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Über abbaubare Kunststoffe ist wenig bekannt

Plastik in Böden, Meeren und Binnengewässern schadet den dort lebenden Organismen, wie Studien immer wieder zeigen. Als Alternative gelten biologisch abbaubare Kunststoffe, die im Laufe der Zeit von Mikroben zersetzt werden. „Doch trotz ihres positiven Images wissen wir im Grunde noch sehr wenig darüber, wie sie im Boden wirken und wie sie abgebaut werden“, sagt Buscot.

Die UFZ-Wissenschaftler untersuchten nun für Mulchfolie aus der auf Pflanzenbasis hergestellten und als besonders vielversprechend geltenden Substanz PBSA (Polybutylensuccinat-Co-Adipat), welche Mikrobengemeinschaften am Abbau beteiligt sind und welchen Einfluss veränderte Temperaturen und Niederschlagsmengen auf die zugrunde liegenden Prozesse haben können. PBSA wird als Ersatz für herkömmlichen Kunststoff demnach etwa bei Pflanzgefäßen, Fischernetzen, Lebensmittelverpackungen, Flaschen und Einkaufstüten verwendet.

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Mulchfolien sind großes Problem für Landökosysteme

Auch Mulchfolien können aus PBSA hergestellt werden. Sie dienen in der Landwirtschaft und im Gartenbau zur Abdeckung des Bodens. In der Regel bestehen sie bisher aus Polyethylen (PE), einem aus fossilen Rohstoffen erzeugten Kunststoff. Von den Folien bleiben – technologisch bedingt – oft Reste im Boden, die im Laufe der Zeit zu Mikroplastik zerfallen. Mulchfolien gelten daher als großes Problem für Landökosysteme.

Für ihre Analyse nutzten die Forschenden die zur Untersuchung der Klimawandelfolgen auf Landnutzung und Ökosysteme geschaffene Global Change Experimental Facility (GCEF) in Bad Lauchstädt, demnach das derzeit flächenmäßig größte Freiland-Klimaexperiment weltweit. Die Tests liefen unter heutigen Klimabedingungen und solchen, wie sie für Mitteldeutschland um das Jahr 2070 prognostiziert werden: um etwa 20 Prozent reduzierte Sommerniederschläge, um etwa 10 Prozent mehr Niederschläge im Frühjahr und Herbst sowie eine um 0,55 Grad erhöhte Mitteltemperatur. Über Genanalysen wurde erfasst, welche Mikrobengemeinschaft sich auf dem Kunststoff selbst und im Boden um ihn herum ansiedelte.

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Gute Nachricht, mit der nicht gerechnet worden war

„Wir konnten zeigen, dass bereits nach knapp einem Jahr rund 30 Prozent des PBSA abgebaut waren – das ist unter den klimatischen Bedingungen, wie sie in Deutschland derzeit herrschen, eine ganze Menge“, sagt Witoon Purahong, ebenfalls Bodenökologe am UFZ und Erstautor der Studie. Die Hauptakteure sind demnach Pilze, die durch verschiedene Bakterien und weitere Mikroorganismen unterstützt werden – etwa indem die Pilze mit dem im Kunststoff raren Stickstoff beliefert oder giftige Abbauprodukte verwertet werden.

Unter den simulierten künftigen Klimabedingungen sei die Abbaurate ähnlich gewesen wie unter den derzeitigen, berichten die Forschenden im Fachjournal „Environmental Science and Technology“. Die Mikrobengemeinschaft um die PBSA-abbauenden Pilze ist demnach zwar eine etwas andere, das Abbauergebnis aber kaum verändert. „Das ist eine wirklich gute Nachricht, mit der wir in der Form nicht gerechnet hätten“, so Purahong.

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PBSA verändert Gemeinschaft der Mikroorganismen

In einer weiteren, im Fachjournal „Environmental Science Europe“ veröffentlichten Studie analysierten UFZ-Wissenschaftler, wie sich die Gemeinschaft der Mikroorganismen verändert, wenn zum einen große Mengen PBSA und zum anderen hohe Konzentrationen Stickstoffdünger in den Boden gebracht werden. Bei einem Anteil von 6 Prozent PBSA im Boden ging die Vielfalt an Pilzarten demnach um 45 Prozent zurück. Wurde dies noch mit Stickstoffdüngung (Ammoniumsulfat) kombiniert, vermehrte sich mit Fusarium solani unter anderem ein pflanzenschädigender Pilz stark.

Als eine mögliche Ursache der Veränderungen nennen die Forschenden den veränderten pH-Wert im Boden. Zu den Einschränkungen der Studie zählt demnach, dass die Ergebnisse aus einem stark vereinfachten System stammen. Unter realen Bedingungen variierten die mikrobiellen Gemeinschaften im Boden sehr stark, eingebrachte Stoffe und die Bewirtschaftungsform hätten darauf ebenso Einfluss wie die jeweils vorherrschenden Pflanzenarten und saisonale Effekte. Zudem sei ein Gewichtsanteil von 6 Prozent PBSA sehr hoch angesetzt. In landwirtschaftlichen Böden sei ein so hoher Wert wohl höchstens nach vielen Jahren Verwendung solcher Folien vor allem in trockenen und kalten Gebieten erreichbar.

RND/dpa