Elektronenmikroskopie-Bild: Nach wenigen Wochen im Boden besiedeln zahlreiche Mikroorganismen die Oberfläche der PBAT-Folie und beginnen mit dem biologischen Abbau des Polymers.
ETH Zürich / Gruppe Umweltchemie
Im großen Stil decken Bauern weltweit Böden mit Mulch-Folien aus Polyethylen (PE) ab, um Unkräuter einzudämmen, die Bodentemperatur zu erhöhen und den Boden feucht zu halten. Auf diese Weise können sie den Ertrag von Nutzpflanzen steigern. Nach der Ernte können die Landwirte diese Folien jedoch oft nicht komplett einsammeln, insbesondere dann, wenn sie nur wenige Mikrometer dünn sind. Somit gelangen PE-Folienrückstände in den Boden und reichern sich an. Die Folienreste senken die Bodenfruchtbarkeit, stören den Wasserhaushalt und schränken das Wachstum von Nutzpflanzen ein.
Forscher der ETH Zürich und der Eawag zeigen nun in einer interdisziplinären Studie auf, dass Bodenmikroben alternative Folien aus dem Kunststoff Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT) abbauen können. Ihre Arbeit erschien in der Fachzeitschrift "Science Advances". PBAT ist wie PE ein erdölbasiertes Polymer. Da ersteres im Kompost als biologisch abbaubar gilt, haben die Forscher den Bioabbau dieses Kunststofftyps nun auch in Böden untersucht. Polyethylen ist hingegen weder im Kompost noch im Boden abbaubar.
Langzeitstudien erforderlich
In ihren Versuchen verwendeten die Forscher speziell für diesen Zweck hergestelltes PBAT-Material, bei dessen Produktion eine bestimmte Menge an Monomeren verwendet wurden, die mit dem etwas schwereren, stabilen Kohlenstoffisotop C-13 markiert waren. Dieses Isotop diente den Wissenschaftlern dazu, den Weg des Polymerkohlenstoffs während des biologischen Abbaus im Boden nachzuverfolgen. Bauen die Bodenmikroben das PBAT ab, setzen sie zwangsläufig auch den C-13-Kohlenstoff frei. Mit geeigneten Messinstrumenten lässt sich dieser schließlich sowohl in Stoffwechselprodukten wie Kohlendioxid aus der Zellatmung der Mikroben als auch in Zellstrukturen, welche die Organismen erzeugt haben, nachweisen.
Wie lange PBAT in landwirtschaftlichen Böden verbleibt, können die Forscher noch nicht voraussagen. Um den Abbau der PBAT-Folie unter Umweltbedingungen zu untersuchen, sind Langzeitstudien auf verschiedenen Böden und unter unterschiedlichen Bedingungen im Freiland nötig. Die Ergebnisse lassen sich zudem nicht direkt auf andere Umweltsysteme übertragen. Zum Beispiel ist der Bioabbau von Polymeren im Meerwasser möglicherweise deutlich langsamer, da dort andere Bedingungen vorherrschen und andere Mikroben leben.