Biologisch abbaubare Kunststoffe wie Poly(butylenadipat-co-terephthalat) (PBAT) werden zunehmend in Verpackungen und Agrarfolien eingesetzt, um die Plastikverschmutzung zu verringern. Es gibt jedoch immer mehr Hinweise darauf, dass sie sich unter realen Umweltbedingungen möglicherweise nicht schnell genug abbauen, was zur Anreicherung von Mikroplastik im Boden führt. Herkömmliche Analysemethoden stoßen bei der Quantifizierung dieser Partikel und ihrer Abbauwege an ihre Grenzen, da Mikroplastik schwer zu extrahieren und zu verfolgen ist. Darüber hinaus können beim Abbau von PBAT Zwischenprodukte entstehen, die Bodenmikroben und Pflanzen beeinträchtigen können. Aufgrund dieser Herausforderungen besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung präziser Analysemethoden und an systematischen Untersuchungen zum Abbauverhalten von PBAT-Mikroplastik im Boden.
Forscher der Pädagogischen Universität Nanjing und der Universität Nanjing haben eine neue quantitative Methode zur Messung des Abbaus und der Bildung von Metaboliten aus PBAT-Mikroplastik im Boden entwickelt. Die Studie (DOI: 10.1016/j.eehl.2025.100166) , die am 19. Juni 2025 online in Eco-Environment & Health veröffentlicht wurde , kombinierte alkalisch unterstützte thermische Hydrolyse mit Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie, um eine präzise Detektion zu erreichen. Durch die Simulation von 150-tägigen Bodeninkubationen unter sauren, neutralen und alkalischen Bedingungen zeigte das Team, wie der pH-Wert des Bodens die Abbaurate von PBAT und die Akkumulationsmuster der Metaboliten maßgeblich beeinflusst.
Die Forscher optimierten ein toxizitätsarmes Analyseverfahren mit 1-Pentanol und Kaliumhydroxid, um PBAT-Mikroplastik in sein Monomer, Terephthalsäure (TPA), zu depolymerisieren. Dies ermöglichte eine präzise Quantifizierung ohne aufwendige Extraktion. Diese Methode der „thermisch unterstützten alkalischen Hydrolyse“ erreichte eine Effizienz von über 90 % und reduzierte die Bearbeitungszeit auf eine Stunde. Durch die Anwendung dieses Ansatzes auf drei verschiedene Böden stellten die Forscher fest, dass PBAT in alkalischen Böden (17,1 %) am schnellsten abgebaut wurde, verglichen mit neutralen (11,0 %) und sauren (10,8 %) Böden. Eine erhöhte Lipaseaktivität – ein wichtiges Enzym für den Polyesterabbau – korrelierte stark mit einem schnelleren PBAT-Abbau in alkalischen Böden. Die
Metabolitenanalyse zeigte, dass TPA und 1,4-Butandiol die Hauptabbauprodukte waren. Butandiol reicherte sich nach 30 Tagen im Boden bis zu 1,6 mg kg?¹ an, insbesondere unter sauren und alkalischen Bedingungen. Diese Konzentrationen waren hoch genug, um Bodenorganismen vorübergehend zu stressen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass selbst „biologisch abbaubare“ PBAT-Mikroplastikpartikel Monate oder Jahre lang bestehen bleiben können und dabei während der langsamen Hydrolyse und des mikrobiellen Abbaus chemische Nebenprodukte freisetzen. Die Autoren schätzten die Halbwertszeit von PBAT in alkalischen Böden auf etwa 453 Tage, was die lange Verweildauer des Materials in der Umwelt unterstreicht.
Diese Studie bietet den ersten quantitativen Rahmen zur Bewertung des Verhaltens von biologisch abbaubarem PBAT-Mikroplastik in verschiedenen Böden. Die neu entwickelte LC-MS-Methode ermöglicht die hocheffiziente, toxizitätsarme und sensitive Überwachung von PBAT-Rückständen und -Metaboliten und bietet damit ein praktisches Werkzeug für zukünftige Risikobewertungen. Die Ergebnisse unterstreichen zudem die Bedeutung des pH-Werts im Boden und der mikrobiellen Enzymaktivität für die Steuerung des PBAT-Abbaus. Diese Erkenntnisse können zu einer besseren Entwicklung biologisch abbaubarer Polymere beitragen, das Management von Agrarkunststoffen lenken und die regulatorische Bewertung neuartiger „grüner“ Materialien unterstützen, um sicherzustellen, dass diese die langfristigen Umweltauswirkungen tatsächlich minimieren.
