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09.10.2018

Polyacrylamid-Copolymere in der Umwelt

Neues Verfahren zur Untersuchung des Abbaugrads

Ein Wissenschaftler entnimmt eine Bodenprobe zur weiteren Untersuchung (© Fraunhofer IAP)

Laut Düngemittelverordnung, die „das Inverkehrbringen von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln“ in Deutschland regelt, dürfen synthetische Polymere, z.B. Polyacrylamid-Copolymere, nach Einbringen in die Umwelt nicht in der Natur verbleiben. Deshalb müssen PAMs in der Umwelt abgebaut werden – ohne weitere Hilfsmittel und unter natürlichen Bedingungen. Die Verordnung schreibt einen Abbau von mindestens 20% innerhalb von zwei Jahren vor. Ein Verfahren, wie dieser Wert überprüft werden soll, wird in der Verordnung indes nicht genannt.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP und Kollegen des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME haben in einer dreijährigen Studie das Verhalten von PAMs unter realen Bedingungen in der Natur untersucht. Dafür entwickelten sie ein völlig neues Verfahren, mit dem sie den besonderen Bedingungen gerecht werden, die durch das Aufbringen von Klärschlamm in den Boden entstehen: „Es gibt verschiedene Studien, die den Abbau von PAMs durch UV-Bestrahlung untersucht haben. Diese Ergebnisse greifen im besonderen Fall des Düngens aber nicht, weil es um untergepflügtes Material im Boden geht, da kommt UV-Licht nicht hin“, erklärt Dr. Erik Wischerhoff aus dem Projektteam am Fraunhofer IAP.

Grad des Abbaus

Für die Untersuchung hat das Fraunhofer-Team radioaktiv markierte PAMs mithilfe radikalischer Polymerisation hergestellt und damit Freilandversuche durchgeführt. Über einen Zeitraum von 3 Jahren wurden alle 6 Monate Bodenproben entnommen und einem speziellen Extraktionsverfahren unterworfen. Dieses gewährleistet, dass die im Erdreich fein verteilten und teilweise gebundenen Polymere vollständig erfasst werden.

Anschließend wurden die Molmassen der im Extrakt gefundenen PAMs mittels Gelpermeationschromatografie ermittelt. Die radioaktive Markierung macht diese Analysen erst möglich. Diese Ergebnisse geben Auskunft darüber, wie stark die Polymere abgebaut wurden. Das Besondere daran: Die dazu notwendigen Vergleichspolymere, sogenannte Standards, haben die Fraunhofer-Forscher selber durch kontrollierte radikalische Polymerisation hergestellt. In ihrer Struktur gleichen sie den extrahierten Polymeren, und ermöglichen somit verlässliche Aussagen.

„Wir haben festgestellt, dass in unserer Studie die Polyacrylamid-Copolymere innerhalb von zwei Jahren zu mehr als 20% abgebaut wurden und damit den Vorgaben der Düngemittelverordnung gerecht wurden. Wie genau die PAMs abgebaut werden, war nicht Gegenstand der Untersuchung. Es steht aber fest, dass die für diese Polymere charakteristische lange Kohlenstoffkette in kleinere Stücke zerbricht. Das könnte in einem separaten Projekt genauer erforscht werden“, so Wischerhoff.

Derzeit steht eine abschließende Bewertung des Düngemittelbeirats des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft aus, ob die Ergebnisse als allgemeine Bewertungsgrundlage für den Einsatz mit PAMs behandelter Klärschlämme als Düngemittel herangezogen werden können. (Red)

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Unternehmensinformation

Fraunhofer Inst.f. angewandte Polymerforschung IAP

Geiselbergstraße 69
DE 14476 Potsdam-Golm

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