Die Umweltauswirkungen von Polymeren nehmen parallel zur steigenden Verbrauchernachfrage nach polymerhaltigen Produkten zu. Die durch Plastikverschmutzung verursachten ökologischen Probleme bestehen weiterhin, trotz wachsender Besorgnis über das Fehlen wirksamer Lösungsansätze.
Eine chemische Struktur, die aus sich wiederholenden Einheiten besteht, die Netzwerke in einer, zwei oder drei Dimensionen bilden können, wird als Polymer bezeichnet. Bindungen entstehen durch die Polymerisation sich wiederholender Einheiten, die üblicherweise aus Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen.
Während es sich bei Polymeren um natürlich vorkommende Substanzen handelt, die Strukturen wie DNA umfassen, werden sie häufig auch für synthetische Materialien verwendet, die zur Herstellung von Plastikflaschen, Folien, Bechern und Textilien verwendet werden.
Heutzutage werden Polymere in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens eingesetzt. Zu seinen vielfältigen Einsatzmöglichkeiten gehört beispielsweise die Herstellung von Möbeln, tragbarer Technologie, Küchenutensilien und Autoteilen.
Zu den maßgefertigten Polymeren gehört eine Vielzahl von Waren. Bestimmte typische Produkte wie Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen oder Polystyrol enthalten nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome.
Einige, wie Nylon, haben Stickstoffatome als sich wiederholendes Grundgerüst, während andere, wie Polyvinylchlorid (PVC), Chlorid haben, das mit dem reinen Kohlenstoffgerüst verbunden ist.
Aufgrund ihrer molekularen Integrität und Struktur sind Polymere besonders attraktive Materialien für die Herstellung einer Vielzahl von Gütern, da sie oft stark und leicht sind, beständig gegen Hitze, Elektrizität und die meisten Chemikalien und häufig aus Erdöl gewonnen werden.
Allerdings sind Polymere in natürlichen Umgebungen aufgrund der gleichen Eigenschaften nur sehr schwer abzubauen.
Nylon und Polypropylen sind Beispiele für synthetische Polymerfasern mit nützlichen physikalischen Eigenschaften. Sie bieten beispielsweise eine große spezifische Oberfläche und verbessern die mechanischen Eigenschaften.
Vom Menschen hergestellte Kunstfasern werden meist durch chemische Modifikation aus Erdölverbindungen gewonnen. Am häufigsten werden teilkristalline Polymere verwendet, die in verschiedenen Querschnittsformen gezogen und extrudiert werden.
Synthetische Polymerfasern im Submikrometerbereich waren in jüngerer Zeit auch Gegenstand umfangreicher Forschung, mit Anwendungen in der Medizin, einschließlich Tissue Engineering und Wundbehandlungen.
Polymere finden aufgrund ihrer vielfältigen Materialeigenschaften und ihrer Vielseitigkeit in Herstellungs- und Produktionsprozessen immer häufiger Anwendung. Es ist schwer, sich unseren Alltag ohne Kunststoffe oder Polymere vorzustellen.
Polymere sind die Hauptbestandteile von Kunststoffen. Dennoch birgt die Verwendung von Kunststoffen erhebliche Nachteile hinsichtlich ihrer schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt . Die Umweltauswirkungen von Kunststoffen und Polymeren, die Produktionsprodukte darstellen, sind Gegenstand zahlreicher wissenschaftlicher Foren und Forschungsveröffentlichungen.
Allerdings wird weniger darüber gesprochen, wie sich die Herstellung der fertigen Polymerfasern und die Gewinnung von Inhaltsstoffen für Lösungsmittel und Polymere auf die Umwelt auswirken.
In der Natur benötigen Kunststoffe Hunderte von Jahren, um sich zu zersetzen. Die Welt leidet derzeit unter zahlreichen Umweltproblemen , vor allem aufgrund von Plastikmüll und Deponieabfällen.
Umweltauswirkungen von Polymeren
- Polymere im Ozean
- Umweltverschmutzung durch Mikroplastik
- Umweltauswirkungen von Polystyrol
- Lebensmittelimitation
- POPs-Sekretion
- Produktionsverschmutzung
- Ansammlung auf Deponien
1. Polymere im Ozean
Der jährliche Zustrom von Plastikmüll in Meeressysteme wird bis 100 schätzungsweise 250 bis 2025 Millionen Tonnen erreichen. Eines der zehn größten neuen Umweltprobleme, mit denen Meeresökosysteme konfrontiert sind, ist das weitverbreitete Vorkommen von Plastikpartikeln im Meeresmüll, der in allen Meeren vorkommt .
Die zunehmende Verbreitung von Kunststoffen , die manchmal auch als „Plastikverschmutzung“ bezeichnet wird, hat bekanntermaßen einen schädlichen Einfluss auf die Fitness von Meeresorganismen und stört die ordnungsgemäße Funktion mariner Ökosysteme.
Da Kunststoffpartikel resistent gegen Zersetzung sind und bei der Einnahme negative Folgen haben, gibt es Hinweise darauf, dass sie biochemische, physiologische und Verhaltensprozesse auf der Ebene des Organismus beeinflussen.
Selbst ohne Verschlucken benötigen synthetische Polymere wie Kügelchen auf Polyethylenbasis (PE) in der Meeresumwelt nur sehr wenig Zeit, um abgebaut zu werden, was zu einem erhöhten Gehalt an organischem Material und der Bildung oxidierter Gruppen im nahegelegenen Salzwasser führt.
Da das öffentliche Bewusstsein für die Folgen von Kunststoffpartikeln gewachsen ist, werden die Gesamtauswirkungen polymerbasierter Kunststoffe auf Meereslebensräume immer bekannter.
2. Umweltverschmutzung durch Mikroplastik
In weggeworfenen Waren werden häufig kleine Kunststoffpartikel entdeckt, sogenannte Mikroplastik (MPs). Primäres Mikroplastik besteht aus winzigen Kunststoffkörnchen, die in einer Vielzahl von Artikeln verwendet werden, darunter Luftstrahlgeräte, Gesichtsreiniger und Medikamentenverabreichungssysteme.
Umgekehrt handelt es sich bei sekundärem Mikroplastik um winzige Kunststoffteile, die zurückbleiben, nachdem größere Kunststoffgegenstände, wie z. B. primäres Mikroplastik, zerfallen.
Bei Lebewesen wie Fischen und Menschen können Mikroplastikpartikel zwar kleine Störungen verursachen, aber wenn sie sich in größeren Mengen ansammeln, können sie tödlich sein.
Forschungsergebnissen zufolge schädigt Mikroplastik menschliche Zellen erheblich und wird mit schwerwiegenden Gesundheitsproblemen wie Krebs, Atemwegserkrankungen und Geburtsanomalien in Verbindung gebracht.
3. Umweltauswirkungen von Polystyrol
Expandiertes Polystyrol ist zwar günstig in der Herstellung, hat aber erhebliche negative Folgen für Mensch und Umwelt. Da es nicht biologisch abbaubar ist, stellt es eine Gefahr für die Tierwelt dar.
Kunststoffschaum gelangt in das Ökosystem, indem er in immer kleinere Fragmente zerfällt, die Tiere häufig mit Nahrung verwechseln. Diese Fragmente werden von Wildtieren wie Möwen gefressen oder an ihre Jungen verfüttert, wodurch ihre Bäuche mit Plastik gefüllt werden.
Diese Kreaturen werden keinen Hunger verspüren, weil ihre Bäuche voller Plastikteile sind, sodass sie wahrscheinlich verhungern oder sich irreversiblen Schaden zufügen. Polystyrolschaum ist ein schwimmfähiges Material, das Tiere weltweit schädigen kann, wenn es durch Gewässer schwimmt.
Die Gesundheit der Menschen wird aufgrund der chemischen Zusammensetzung von Polystyrolschaum beeinträchtigt. Das US-amerikanische Gesundheitsministerium (Department of Health and Human Services) hat festgestellt, dass Styrol, einer der Hauptbestandteile von Polystyrol, möglicherweise krebserregend für den Menschen ist.
Diese Chemikalie stellt ein ernstes Risiko für die menschliche Gesundheit dar, wenn sie in Lebensmittel und Getränke eindringt, die in Styroporbehältern geliefert werden. Für diejenigen, die Schaumstoff und andere Produkte aus Styrol herstellen, bestehen erhebliche Gesundheitsrisiken. Wie es bei vielen Arbeitern bei der Herstellung verschiedener Produkte der Fall ist, kann das Einatmen von Styrol das Nervensystem langfristig schädigen.
Aufgedehnter Polystyrolschaum ist eine Hauptursache für Plastikverschmutzung. Er verschmutzt die Umwelt und Mülldeponien mit Unmengen an Abfall und gefährdet die Gesundheit von Mensch und Tier . Alles, was wir tun müssen, ist, ihn nicht mehr zu verwenden.
4. Lebensmittelimitation
Nach Angaben der US-amerikanischen National Institutes of Health sterben jedes Jahr Millionen von Seevögeln an den Folgen der Aufnahme synthetischer Polymere, die fälschlicherweise mit Nahrungsmitteln verwechselt wurden, was dies zu einem der häufigsten Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Verschmutzung synthetischer Polymere macht. Diese Angaben beziehen sich auf 44 % der Seevogelarten.
Aufgrund ihrer entscheidenden ökologischen Rolle bei der Regulierung der Populationszahlen von Fischen und Krustentieren stellt das weit verbreitete Aussterben von Watvögeln eine ernsthafte Bedrohung für das Ökosystem dar.
5. POP-Sekretion
POPs oder persistente organische Schadstoffe sind anerkannte Giftstoffe, die über längere Zeiträume in der Umwelt verbleiben. Beispiele hierfür sind Toxaphen und DDT-Pestizide.
Forscher der University of the Pacific testeten 2007 synthetische Polymere an Küstenstandorten im nördlichen Pazifik und stellten fest, dass jede Probe gefährliche Gifte enthielt.
Diese künstlichen Polymere stellen eine Gefahr für die Gesundheit der Meeresfischerei dar, die Nahrung für Menschen liefert, indem sie beim Verzehr kontinuierlich giftige Chemikalien an Fische und Wildtiere abgeben.
6. Produktionsverschmutzung
Neben der offensichtlichen Verschmutzung der Ozeane kann die Herstellung synthetischer Polymere auch negative Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Das Chemieunternehmen DuPont hat über mehrere Jahrzehnte hinweg Schadstoffe, die bei der Teflonproduktion verwendet wurden, in örtliche Wassereinzugsgebiete verschüttet, wie aus Beweisen hervorgeht, die von der Organisation Environmental Working Group vorgelegt wurden.
Die US-Umweltschutzbehörde gibt an, dass sich dieser Stoff in den Kiemen von Fischen ansammelt und schnell in die Nahrungskette gelangen kann.
7. Ansammlung auf Deponien
Abgesehen davon, dass synthetische Polymere in den Ozeanen persistent sind und aufgrund ihrer Herstellung zu Wasserverschmutzung führen, stellen sie auch an Land ein ernstes Problem dar, da sie häufig auf Mülldeponien entsorgt werden , wo sie über Jahrzehnte hinweg langsam Giftstoffe in den Boden abgeben.
Laut der Organisation Clean Air Council werden weniger als 1 % der 102.1 Milliarden Plastiktüten – ein synthetisches Polymer –, die allein Amerikaner pro Jahr verbrauchen, recycelt.
Zusätzlich zu ihrer langsamen Freisetzung giftiger Verbindungen in den Boden sind diese synthetischen Polymere so langlebig und nicht biologisch abbaubar, dass immer zusätzlicher Deponieraum erforderlich sein wird, solange der Einsatz synthetischer Polymere anhält und zunimmt.
Fazit
Zu jedem Zeitpunkt ihres Lebens können Polymere erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben. Die Ölförderung verbraucht viel Energie und kann auslaufen, was sich unmittelbar negativ auf die lokale Ökologie auswirkt.
Nach der Herstellung des Produkts erfordert die Verarbeitung des Öls zum Rohmaterial viel Energie und kann für Mensch und Umwelt gefährliche Dämpfe freisetzen.
Diese Prozesse werden möglicherweise nicht durch erneuerbare Energiequellen angetrieben , die Treibhausgase in die Atmosphäre freisetzen und den Klimawandel verschärfen.
Da die meisten kommerziellen Polymere nicht biologisch abbaubar sind, können Einwegkunststoffe öffentliche Bereiche und lokale Lebensräume verstopfen. Sie können auch Jahrzehnte halten.
Die sachgemäße Entsorgung von Polymerprodukten durch die Kunden kann zu deren Deponierung führen. Auch das Recycling von Polymeren erfordert viel Energie und Chemikalien, was das Risiko von Treibhausgasen und schädlichen Dämpfen erhöht.
Wie wir gesehen haben, schadet die Verwendung und Produktion von Kunststoffen der Umwelt und trägt zur Müllproduktion und Treibhausgasemissionen bei. Die Verwendung von kompostierbaren und biologisch abbaubaren Kunststoffen erfreut sich immer größerer Beliebtheit.
Durch die Herstellung und Verwendung von Kunststoffen werden diese Stoffe in der Umwelt schneller abgebaut und produzieren weniger Müll.