26 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Infrastruktur Das Thema ist längst allgegenwärtig, jeder von uns ist Teil des Problems, nicht nur Autofahrer. Auch Fußgänger oder diejenigen, die Wäsche waschen und selbst die, die nur Zähne putzen, verschlimmern die Situation. Denn Mikroplastik ist als Reibkörper in vielen Kosmetika und Zahnpasten enthalten. Es steckt in den meisten Waschmitteln, Textilien und in Schuhsohlen. Über Abwasserkanäle gelangen die Emissionen schließlich in Kläranlagen, kommen mit dem Klärschlamm teilweise auf Ackerböden. Die künstlichen Kleinstpartikel werden auch von Verkehrsflächen durch Regenwasserkanäle in Seen und Flüsse eingetragen. Manche Oberflächenentwässerungen münden allerdings über Versickerung direkt im Boden, und damit der Abrieb von Auto- und Fahrradreifen oder einfach nur der mit Mikroplastik versetzte, aus der Luft eingetragene Staub. In Städten passiert das alles gleichzeitig - weltweit. Der Furtwanger Chemie-Professor Andreas Vath ist am 22. April 2022 in Ulm in die Donau gestiegen, um die 2 700 km bis ins Schwarze Meer zu schwimmen. Auf seinen Tagesetappen entnahm er acht Wochen lang Wasserproben, veröffentlichte die Ergebnisse und hat unterwegs mit seinen Projekteilnehmern auf den unzureichenden Gewässerschutz aufmerksam gemacht. Nach deren Angaben schwemmt die Donau täglich bis zu vier Tonnen Plastik ins Schwarze Meer [1]. Fast zeitgleich Ende März 2022 wurde die Studie „Immunoplast“ von einem Forscherteam der Freien Universität Amsterdam veröffentlicht. Das Ergebnis zeigt erstmalig, dass der Mensch im Alltag Mikroplastik aus seiner Umwelt aufnimmt und dass die Mengen im Blut nachweisbar sind [2]. Mediziner befürchten, die künstlichen Substanzen könnten bis ins Gehirn vordringen. Da Mikroplastik persistent ist, kann es über verschiedene Kreisläufe mehrfach in die Umwelt gelangen und sich dort immer weiter zersetzen, anreichern, mit organischen Stoffen verbinden und in die Nahrungsketten von Flora und Fauna gelangen. Doch wo können wir wirkungsvoll eingreifen, Quellen schließen, Kreisläufe unterbrechen? Herkunft: Viel von Fahrbahnen Eine Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen (UMSICHT) vom Juni 2018 hat den Abrieb von Autoreifen als den größten Verursacher von freigesetztem primärem Mikroplastik identifiziert. Allein der Abrieb von LKW-, PKW-, Motorrad- und Fahrradreifen macht demnach mehr als 42 % der gesamten Mikroplastik-Emissionen in Deutschland aus [3]. Den Abrieb von Schuhsohlen, Fahrbahnmarkierungen und Asphalt hinzugerechnet, ergeben sich rund 57 %, die überwiegend auf Verkehrsflächen entstehen. Die Autoren der Studie gehen davon aus, dass sie mit den von Handlungsbedarf besteht in jeder Stadt Mikroplastik aus dem Straßenabfluss filtern Klaus W. König Aus unserer unmittelbaren Umgebung gelangen winzige Plastikpartikel ins Meer - und über die Nahrungskette zu uns zurück. Weltweit verteilt belastet Mikroplastik Luft, Boden und Wasser. Bei der Suche nach dessen Herkunft gerät Reifenabrieb in den Fokus. Und der Regenabfluss von Straßen bietet die Möglichkeit, einiges davon zurückzuhalten. Bilder 1 und 2: Reifen verlieren mit der Zeit an Substanz und setzen neben Feinstaub auch Kleinstpartikel frei. Die gelangen von der Straße in Luft, Boden und Gewässer. © Fraunhofer UMSICHT 27 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Infrastruktur ihnen ausgewerteten 51 Emissionsquellen nur drei Viertel der freigesetzten Menge erfasst haben. Hochgerechnet bedeutet das, dass bisher in Deutschland pro Einwohner jedes Jahr vier Kilogramm (0,004 t/ a) Mikroplastik dazukommen. Das entspricht insgesamt 330 000 t/ a, Tendenz steigend - Anlass für das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), das Verbundprojekt TyreWearMapping zu fördern, bei dem so genannte „Hotspot-Karten“ als Grundlage für künftige Maßnahmen entwickelt werden. Dr.-Ing. Ilka Gehrke, Abteilungsleiterin Photonik und Umwelt bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, möchte mit ihren Forschungspartnern ein digitales Planungs- und Entscheidungsinstrument entwickeln, das Aussagen zu Verteilung, Ausbreitung und Quantifizierung von Reifenabrieb ermöglicht. Dadurch könnten auf einer sachlichen Grundlage regulatorische Maßnahmen wie Tempolimit oder bauliche Maßnahmen, zum Beispiel Filteranlagen an Straßenabläufen, gezielt und schnell ergriffen werden. Rückhalt: Je nach Partikelgröße M. Eng. Thorsten Schmitz und Kollegen haben im Rahmen des vom Land Nordrhein-Westfalen geförderten Forschungsprojekts ReWaFil am Institut für Infrastruktur, Wasser, Ressourcen, Umwelt (IWARU) der FH Münster die Sedimentierbarkeit von Straßenkehricht untersucht [4]. Das ist von besonderem Interesse, da in Siedlungsgebieten das Mikroplastik aus dem Straßenverkehr überwiegend mit Regenabflüssen abgespült wird. Bei kombiniertem Reifen- und Straßenabrieb (engl.: tyre and road wear particle TRWP) gilt eine Dichte von 2- g/ cm³ als wahrscheinlich. Um diese zu eliminieren, ist die Sedimentation gut geeignet. In ihren weiteren Überlegungen gehen die Verfasser der IWARU-Studie allerdings von reinem Reifenabrieb (engl.: tyre wear particle TWP) aus. Während bei Mischkanalisation 95 % oder mehr Rückhalt der Partikel in der Kläranlage wissenschaftlich belegt sind, halten sie bei Trennkanalisation die vorgeschriebene Behandlung durch Sedimentation in Regenklärbecken für unzureichend. Das liege vor allem an der geringen Dichte, die Standardreifengummi mit 1,1 g/ cm³ besitze, falls er ohne Verbindung zu mineralischen Partikeln vorkommt. Entgegen den Empfehlungen in den aktuellen Regeln der Technik Als Mikroplastik und Makroplastik werden feste Objekte aus thermoplastischen, elastomeren oder duroplastischen Kunststoffen unter Standard-Bedingungen bezeichnet, die direkt oder indirekt durch menschliches Handeln in die Umwelt gelangen. In manchen Studien wird Mikroplastik der Größe nach als „kleiner-5-mm“ definiert.  Primäres Mikroplastik Typ A: Partikel und Fasern, die gezielt hergestellt werden, zum Beispiel: Reibkörper für Kosmetikprodukte  Primäres Mikroplastik Typ B: Partikel und Fasern, die erst während der Nutzungsphase eines Produktes freigesetzt werden, zum Beispiel: der Abrieb von Reifen, beim Waschen freigesetzte synthetische Fasern oder die Verwitterung von Farben  Sekundäres Mikroplastik: Partikel, die aus größeren Kunststoffteilen durch langsame Verwitterung und Fragmentierung in der Umwelt entstehen, zum Beispiel: aus Plastiktüten im Müll  Makroplastik: größere feste Objekte in der Umwelt, bestehend aus thermoplastischen, elastomeren oder duroplastischen Kunststoffen Quelle: Korrespondenz Abwasser, Gehrke et al [7] BEGRIFFSDEFINITIONEN müsse die Oberflächenbeschickung auf 2 m/ h reduziert werden, was immens große unterirdische Anlagen erfordern würde. Damit könne aber gerade einmal die Fraktion der Partikel größer 80 μm (0,08 mm), das entspricht Bild 3: Mikroplastik- Emissionen, nach einer Studie des Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen, 2018. Mittlerweile sind die feinen Partikel weltweit im Meer, im Schnee der Antarktis, in der sonstigen Natur und in unserer Nahrungskette nachweisbar. Grafik: © Mall Bild 4: Vom Straßenrand bis ins Meer ist kein weiter Weg für die winzigen Plastikpartikel - und über die Nahrungskette zu uns zurück ebenfalls nicht. © König 28 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Infrastruktur nur etwa 10 % des mitgeführten Reifenabriebs, eliminiert werden. Der Aufwand stünde in keinem vertretbaren Verhältnis zum Nutzen. Für den Anteil kleiner 80 μm, also 90 % der Menge reinen Reifenabriebs, sei ein Rückhalt durch Sedimentation in Regenklärbecken nicht zu erwarten. Und für eine wirkungsvolle Flotation, das Aufschwimmen innerhalb der unterirdischen Becken, müssten die TWP-Abriebteilchen statt 1,1-g/ cm³ weniger als 1 g/ cm³ haben, also eine geringere Dichte als Wasser. Hinzu kommt, dass die TWP im Durchschnitt nur eine Größe von rund 20 μm (0,02 mm) haben. Und die kleinsten unter ihnen sind nochmals um den Faktor 10 - 20 kleiner. Bei ihrer Entstehung spielt auch die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Rolle [5]. Schon 1974 wurde in den USA festgestellt: Je höher das gefahrene Tempo, desto kleiner die Partikel. Für die Fraktion 0 - 20- μm haben die Forscher am IWARU allerdings durch Filter Erfolge erzielt: So gelang es, mit einer durchströmten Granulat-Schüttung von 15 cm immerhin 42 % des sehr feinen Mikroplastik-Materials zurückzuhalten. Wirkungsvoll: Vermehrte Straßenreinigung Ungeachtet der erhofften Weiterentwicklung von Kunststoffen hin zu naturverträglichem Material werden in den kommenden Jahrzehnten große Anstrengungen notwendig sein, um die Hauptemissionspfade von Mikroplastik besser wahrzunehmen und die Schadstoffe möglichst nahe an ihrer Entstehung zu fassen. Das Ziel muss sein, die weitere Verbreitung in Richtung Luft, Boden und aquatische Ökosysteme zu reduzieren. Vorsorgliche Straßenreinigung in verkehrsarmen Zeiten an den Hotspot-Stellen würde einen Teil der Partikel entfernen, bevor sie verwirbelt und abgeschwemmt werden. Aus Gründen der Verkehrssicherheit geschieht das auf den Start- und Landebahnen der großen Flughäfen jede Nacht. Regulatorisch vorsorgend wären unter anderem Geschwindigkeitsbeschränkungen für Fahrzeuge, um weniger der ganz kleinen, schwer zu fassenden, Partikel entstehen zu lassen. Zur Reinigung von Straßenabflüssen wird zu prüfen sein, ob bestehende und neu zu bauende Sedimentationsanlagen um geeignete Filter [6] ergänzt werden sollten, bevor deren Abläufe in Oberflächengewässern münden. Das gilt entsprechend für Versickerungsanlagen, zum Schutz des Bodens und des Grundwassers. Und selbst wenn Kläranlagen, wie oben beschrieben, 95 % des Reifenabriebs im Klärschlamm zurückhalten, ist ihr gesamter Wirkungsgrad zum Schutz nachfolgender Gewässer nicht optimal. Außerdem, sofern der Klärschlamm auf Böden, insbesondere der Landwirtschaft, ausgebracht wird, gelangt das Mikroplastik auf ganz kurzem Weg in unsere Nahrungskette. Bleibt zu überlegen, ob zusätzlich zur Straßenentwässerung im Trennsystem die Abflüsse Richtung Mischkanal (im Zulauf solcher Kläranlagen, die noch Klärschlamm an Landwirte abgeben dürfen) mit geeigneten Filtern ausgestattet werden müssen. Filtertyp: Je nach Gewässer „Schwimmende Partikel mit geringerem Durchmesser als 100- μm (0,1 mm) oder mit einer Dichte nahe an 1 g/ cm³ kann man nicht mehr mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand durch mechanische Verfahren aus dem Regenwasser entfernen“, sagt Stephan Klemens, Entwicklungsleiter beim Hersteller Mall GmbH. „Hier ist die Filtration das wirtschaftlichere und sicherere Mittel“. Er empfiehlt das Verfahren ViaPlus für die Behandlung vor Versickerung und vor Ableitung in Oberflächengewässer. ViaPlus-Anlagen werden horizontal durchflossen und haben einen eigenen Sedimentationsraum vor dem Filter- und Adsorptionselement. Sie sind speziell auf den Rückhalt von Schwermetallen, abfiltrierbaren Stoffen und Mineralölkohlenwasserstoffen ausgelegt, sind vom Deutschen Institut für Bautechnik auf Leistung und Umweltverträglichkeit geprüft und haben eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für die Behandlung von Regenwasserablauf von stark verschmutzten Verkehrsflächen zur unterirdischen Versickerung. Bild 5: Lamellenklärer ViaTub aus Betonfertigteilen. Mit Sammelraum für schwimmende Partikel und speziellen Einbauten, die Sedimentation und Flotation ermöglichen. Grafik: © Mall Bild 6: Substratfilter ViaPlus 800 aus Betonfertigteilen mit Funktionselementen, die vom zu reinigenden Wasser horizontal durchflossen werden. Das ermöglicht Sedimentation, Filtration und Adsorption. Grafik: © Mall 29 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Infrastruktur Wartungsintervall: Gemäß Flächenbelastung Vorgaben durch Gesetze oder Verwaltungsvorschriften der Bundesländer für Reinigungsleistung und Wartungsintervall in Bezug auf Reifenabrieb gibt es noch nicht. Je nach spezifischer Flächenbelastung muss das richtige Intervall im Einzelfall gefunden werden. Auf Service spezialisierte Hersteller bieten neben den Behandlungsanlagen auch Inspektion und Wartung als Dienstleistung an. Die Bereiche, in denen besonders viel Reifenabrieb entsteht, sind leicht zu identifizieren: Kreisverkehre, Ampelbereiche und Beschleunigungsstreifen: Wo gebremst, angefahren und beschleunigt wird oder wo enge Radien gefahren werden, ist der Abrieb von Reifen besonders intensiv. Bei der hier zu erwartenden hohen Mikroplastik-Belastung im Abwasser empfiehlt sich eine Kombination aus den Verfahren Sedimentation, Flotation und Filtration mit den Komponenten ViaTub und ViaPlus. Parkplätze von Einkaufszentren, Speditionen, Industriearealen: Wo nicht schnell gefahren, aber rangiert wird, entstehen weniger ganz feine Partikel. Doch fallen auf diesen Flächen in verstärktem Maß Kupfer und Zink durch abtropfendes Wasser von Karosserien an. Die aktuellen technischen Regeln empfehlen in solchen Situationen eine Filtrationsstufe mit speziell dafür geeignetem Adsorptionsmaterial, zum Beispiel die Anlage ViaPlus. Zusammenfassung Mikroplastik auf Verkehrsflächen entsteht in der Hauptsache durch Abrieb von Fahrbahnen sowie von Reifen und gelangt fein verteilt in Luft, Boden und Oberflächengewässer. Das Behandeln von Straßenabflüssen, bevor das Wasser diese Schadstoffe diffus verteilt, verringert den Eintrag in die Natur. Die nötigen Verfahren sind bekannt, gesetzliche Vorgaben speziell zur wirksamen Elimination von Mikroplastik fehlen noch. Sedimentationsanlagen sind für die kanalisierte Straßenentwässerung Standard, je nach Bundesland in unterschiedlicher Ausführung. Sie können jedoch wenig des reinen Reifenabriebs TWP, falls dieser unabhängig vom Straßenabrieb in der Umwelt vorkommt, aus dem Wasser entfernen und sind deshalb als alleinige Maßnahme aus heutiger Sicht nicht zielführend. Für Partikel kleiner als 100-μm (fast der gesamte Reifenabrieb TWP), sind technische Filter erforderlich. Solche Filter mit adsorbierendem Material sind besonders wirkungsvoll, sofern zuvor eine Sedimentation mineralischer und gemischter Partikel (TRWP) stattgefunden hat. Hilfreich ist, wenn die Wartungsintervalle so rechtzeitig erfolgen, dass die Filter funktionstüchtig bleiben. Welcher Typ von Sedimentationsanlage mit welchem Typ von Filter kombiniert wird, hängt sowohl von der spezifischen Flächenbelastung am Entstehungsort der Schadstoffe, als auch von der Zumutbarkeit für Boden bzw. Gewässer, in die nach Behandlung eingeleitet wird, ab. LITERATUR [1] Andreas Fath schwimmt. Kampagne und Bildungsprogramm (2022): https: / / www.cleandanube.org/ [2] ScienceDirect: Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Vrije Universiteit Amsterdam, 2022. [3] Bertling, J., Bertling, R., Hamann, L.: Kunststoffe in der Umwelt: Mikro- und Makroplastik. Kurzfassung der Konsortialstudie. Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (Hrsg.), Oberhausen, 2018. [4] Schmitz, T., Olbertz, N., Grüning, H.: Mikroplastik in Oberflächenabflüssen - Grenzen der Sedimentierbarkeit. In: gwf Wasser-Abwasser 2 (2020), Vulkan-Verlag, Essen. [5] Dannis, M. L.: Rubber Dust from the Normal Wear of Tires. Rubber Chemistry and Technology 47 (4) (1974), p. 1011 - 1037. DOI: 10.5254/ 1.3540458. [6] Mall-Umwelt-Info, Ausgabe 5: Aktuelle Informationen zum Umgang mit Reifenabrieb und Mikroplastik. Mall GmbH, Donaueschingen, 2019. [7] Gehrke, I., Bertling, R.: Kunststoffemissionen im Wasserkreislauf. In: Korrespondenz Abwasser, Abfall 67 Nr. 2 (2020) GFA, Hennef. Dipl.-Ing. Klaus W. König Fachjournalist und Buchautor Schwerpunkt: Veröffentlichungen über kostensparende und umweltschonende Bautechnik Kontakt: kwkoenig@koenig-regenwasser.de AUTOR Bild 7: Substratfilter ViaPlus nach „erfolgreichem Einsatz“ , allerdings ohne Wartung. Die sichtbaren zurückgehaltenen Partikel und Schwimmstoffe stammen überwiegend aus Reifenabrieb von einer stark belasteten Verkehrsfläche (Kreisverkehr). © Mall