In einer Studie an der Michigan State University hat Ramani Narayan, ein Chemieingenieur und Experte für biologisch abbaubare Werkstoffe, die Grenzen von biologisch abbaubaren Materialien aufgezeigt. Er weist darauf hin, dass kompostierbare Tüten nur bei industrieller Kompostierung schnell abgebaut werden, nicht aber unter vielen Bedingungen in der Umwelt. Was unterscheidet die industrielle Kompostierung von der herkömmlichen Kompostierung, dass solche biologisch abbaubaren Kunststoffe in der Natur schlechter abgebaut werden?
Im Gegensatz zur Kompostierung zu Hause im Garten unter Einfluss natürlicher Gegebenheiten erfolgt die industrielle Kompostierung auf andere Weise. Bei der industriellen Kompostierung werden sämtliche Schwankungen durch die Witterung ausgeschlossen und somit stets auf dem optimalen Niveau für den Prozess der Kompostierung gehalten. Auf diese Weise können die Mikroorganismen effizient arbeiten und die organische Masse optimal abbauen.
Ist es möglich, die häusliche Kompostierung so zu gestalten, dass sie der industriellen Kompostierung ähnelt? Diese Maturaarbeit sucht nach einer Lösung, um Kunststoffe optimal und unter besten Bedingungen abzubauen. Dabei sollen sowohl biologisch abbaubare Kunststoffe als auch herkömmliche Kunststoffe zu Hause abgebaut werden können.
Inhaltsverzeichnis
2 Vorwort
3 Einleitung
3.1 Durchführung der Experimente
3.2 Fragestellung
4 Theoretische Grundlagen
4.1 Abbau: Hydrolyse
4.2 Kunststoffsorten
4.2.1 Polylactid
4.2.2 Polyethylenterephthalat
4.2.3 Kompostbeutel / PLA mit Stärke
4.2.4 Polyethylen und andere Kettenpolymerisationsprodukte
4.3 Lignin
5 Material und Methoden
5.1 Versuchsreihe 1
5.2 Versuchsreihe 2
5.3 Bestimmung der Zusammensetzung von Kompostbeuteln
5.3.1 Bestimmung durch Stärke Nachweis
5.3.2 Bestimmung von Kunststoffkomponenten mit dem IR-Spektrometer
5.4 Untersuchung Abbau durch Lungen-Seitling
5.4.1 Anbau der Pilzkultur
5.4.2 Kunststoff-Präparation für Lungen-Seitling
5.5 Untersuchung des Abbaus von Kunststoffen in Kompost
6 Resultate
6.1 Chemischer Abbau von Kunststoffproben
6.1.1 Versuchsreihe 1
6.1.2 Versuchsreihe 2
6.1.3 Diskussion: Chemische Abbaubarkeit
6.1.4 Bestimmung der Zusammensetzung der Kompostbeutel
6.1.5 Diskussion der Zusammensetzung der Kompostbeutel
6.2 Biologischer Abbau von Kunststoffproben
6.2.1 Untersuchung Abbau durch Lungen-Seitling
6.2.2 Untersuchung Abbau durch Komposthaufen
7 Diskussion
7.1 Beantwortung der Leitfragen
7.1.1 Unter welchen Umständen kann welcher alltägliche Kunststoff abgebaut werden?
7.1.2 In welchen chemischen und biologischen Bedingungen baut sich welcher Kunststoff am schnellsten und am vollständigsten ab?
7.1.3 Welche Lebewesen sind in der Lage, auch schwer abbaubare Kunststoffe abzubauen?
7.2 Abbau durch Enzyme
7.3 Auswirkungen auf die Zukunft
8 Schlussfolgerung
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Erforschung der chemischen und biologischen Abbaubarkeit verschiedener alltäglicher Kunststoffe, um Lösungsansätze gegen die Umweltbelastung durch Plastikmüll und Mikroplastik zu identifizieren und zu bewerten.
- Chemische Analyse des Abbaus mittels Hydrolyse in verschiedenen Lösungen.
- Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit durch Einsatz von Lungen-Seitlingen (Pilzkultur).
- Test des Zersetzungsprozesses in einem Komposthaufen unter praxisnahen Bedingungen.
- Bestimmung der Zusammensetzung kommerzieller, als biologisch abbaubar geltender Kompostbeutel.
- Evaluation der Eignung von Enzymen und Lignin-abbauenden Organismen für den Kunststoffabbau.
Auszug aus dem Buch
3 EINLEITUNG
In unserer Gesellschaft stellen die umweltfreundliche Entsorgung und der Abbau von Kunststoffen ein drängendes Problem dar. Kunststoffe zersetzen sich in der Natur nur langsam und können in Form von Mikroplastik langfristig in der Umwelt verbleiben. Lebewesen nehmen Mikroplastikpartikel auf und in ihrem Wachstum gehemmt, was ein erhebliches ökologisches Problem darstellt. Denn: die Lebewesen nehmen ja nicht Mikroplastik auf und gehen dann hinaus in die Umwelt und verursachen Probleme.
Biologisch abbaubare Kunststoffe gelten als vielversprechender Ansatz zur Lösung dieses Problems. Es stellt sich jedoch die Frage, ob dies tatsächlich die Lösung ist.
In einer Studie an der Michigan State University hat Ramani Narayan, ein Chemieingenieur und Experte für biologisch abbaubare Werkstoffe, die Grenzen von biologisch abbaubaren Materialien aufgezeigt. Er weist darauf hin, dass kompostierbare Tüten nur bei industrieller Kompostierung schnell abgebaut werden, nicht aber unter vielen Bedingungen in der Umwelt [1].
«„Da liegt dann eine Verwechslung vor“, sagt er. „Kompostierbare Tüten sind nur durch industrielle Kompostierung biologisch abbaubar und sind eigentlich auch nur für solche Umgebungen gedacht.“» [1]
Was unterscheidet die industrielle Kompostierung von der herkömmlichen Kompostierung, dass solche biologisch abbaubaren Kunststoffe in der Natur schlechter abgebaut werden?
Im Gegensatz zur Kompostierung zu Hause im Garten unter Einfluss natürlicher Gegebenheiten erfolgt die industrielle Kompostierung auf andere Weise. Bei der industriellen Kompostierung werden sämtliche Schwankungen durch die Witterung ausgeschlossen und somit stets auf dem optimalen Niveau für den Prozess der Kompostierung gehalten. Auf diese Weise können die Mikroorganismen effizient arbeiten und die organische Masse optimal abbauen. [2]
Zusammenfassung der Kapitel
2 Vorwort: Der Autor beschreibt persönliche Erfahrungen mit Plastikabfällen im Apotheken-Praktikum, die den Anlass für die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit dem Thema gaben.
3 Einleitung: Die Problematik der Kunststoffzersetzung in der Natur und die Rolle von Mikroplastik werden als ökologische Herausforderungen eingeführt, wobei der Fokus auf biologisch abbaubaren Materialien liegt.
4 Theoretische Grundlagen: Das Kapitel erläutert chemische Aspekte wie Polymerisation und Hydrolyse sowie die Materialeigenschaften von Kunststoffen wie Polylactid und Lignin.
5 Material und Methoden: Hier wird der Versuchsaufbau für die chemischen Tests, die Pilzzucht mit Lungen-Seitlingen und die Zersetzungsversuche im Komposthaufen detailliert beschrieben.
6 Resultate: Die Ergebnisse der verschiedenen chemischen und biologischen Testreihen werden präsentiert, analysiert und tabellarisch sowie grafisch dargestellt.
7 Diskussion: Die Ergebnisse werden kritisch hinterfragt, die Leitfragen beantwortet und der aktuelle Stand der Forschung zu Enzymen und zukünftige Perspektiven diskutiert.
8 Schlussfolgerung: Das Fazit fasst zusammen, dass die Abbaurate die entscheidende Hürde darstellt und wie Kompostbeutel, PLA und PET im Vergleich unter verschiedenen Bedingungen abschnitten.
Schlüsselwörter
Kunststoff, Mikroplastik, Abbaubarkeit, Hydrolyse, Polyester, Polylactid, PLA, PET, Kompostierung, Pilzkultur, Lungen-Seitling, Enzym, Polymer, Umweltschutz, Biologie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die chemischen und biologischen Möglichkeiten, verschiedene Kunststoffe wie PLA und PET abzubauen, um Lösungen für die Plastikverschmutzung zu finden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit befasst sich mit chemischem Abbau durch Hydrolyse, biologischem Abbau durch Pilze (Lungen-Seitling) und dem Verhalten von biologisch abbaubaren Kompostbeuteln.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist herauszufinden, unter welchen chemischen und biologischen Bedingungen alltagsübliche Kunststoffe am schnellsten und vollständigsten abgebaut werden können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es kommen experimentelle Methoden zur Anwendung: präzise Gewichtsbestimmungen nach Inkubation in verschiedenen sauren/basischen Lösungen sowie kontrollierte Versuchsreihen mit Pilzkulturen und einem Komposthaufen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen zu Polymerstrukturen, die detaillierte Beschreibung der Versuchsreihen (Material/Methoden) und die Auswertung der Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Kernbegriffe sind Kunststoff, Mikroplastik, Hydrolyse, Polylactid (PLA), PET, Kompostierung und Lungen-Seitling.
Warum spielt Lignin eine wichtige Rolle in der Arbeit?
Lignin ist in der Natur ein schwer abbaubarer Stoff; die Untersuchung von Organismen, die Lignin zersetzen können, dient als Analogie zur Suche nach Lösungen für den Abbau widerstandsfähiger Kunststoffe.
Welches Ergebnis zeigte sich bei den Kompostbeuteln?
Die Arbeit kam zu dem Ergebnis, dass Kompostbeutel neben Stärke auch PET enthalten und nur unter spezifischen Bedingungen effizient abbaubar sind, was bei unsachgemäßer Entsorgung zu Mikroplastik führen kann.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2024, Biologischer und chemischer Abbau von Kunststoffabfällen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1458964
