Messung und Bestimmung von Reifenabrieb in der Luft – Mikroplastik in der Umwelt

 

Physik | Technik

 

Géraldine Heuer, 2001 | Jona, SG

 

Die Umweltverschmutzung durch Kunststoff nimmt seit jeher ein immer grösser werdendes Ausmass an. Dass sich Kunststoffe nicht nur durch Gewässer und Littering in der Umwelt, sondern auch in Partikelform durch die Luft verbreiten können, ist den wenigsten bekannt. Genau deswegen ist diese Arbeit einer der grössten Partikelverschmutzung in der Schweiz gewidmet: dem Reifenabrieb. Mit dem Sigma-2-Passivsammler wurde über eine Zeitspanne von fünf Monaten Partikel aus der Luft gesammelt und dann analysiert. Der Schwerpunkt lag dabei auf den dunklen Partikeln. Ziel der Arbeit war, an drei unterschiedlichen Standorten mit jeweils unterschiedlichem Abstand zu einer Strasse Reifenabrieb nachzuweisen und deren Ausbreitung unter Berücksichtigung von Umweltfaktoren wie Wetter und Jahreszeit zu bestimmen.

Fragestellung

Die Hauptfragestellungen der Arbeit waren: (I) Können Kunststoffpartikel bzw. Reifenabrieb in der Luft nachgewiesen werden? (II) Wie ist die Ausbreitung von Reifenabrieb in verschiedenen Distanzen zur Strasse? (III) Hat das Wetter einen Einfluss auf die Ausbreitung?

Methodik

Über fünf Monate wurde mit dem Sigma-2-Passivsammler an drei Standorten mit unterschiedlicher Distanz zu einer Strasse Partikel gesammelt. Alle zwei Wochen wurden die Akzeptorflächen (Proben) mit den darauf befindlichen Partikeln im Sammler ausgetauscht. Diese wurden anschliessend im Labor der Forschungsstelle für Umweltbeobachtung AG in Rapperswil-Jona mit dem Mikroskop AxioZoom V.16 der Firma Zeiss und dem dazugehörenden Messgerät (Software ZEN) analysiert. Sowohl die dunklen als auch die hellen Partikel wurden gezählt. Dabei kann man davon ausgehen, dass die dunklen Partikel die gesuchten Reifenabriebpartikel sind, da sie die typische Form und Farbe wie Reifenabrieb aufweisen.

Ergebnisse

An allen drei Standorten wurden wie erwartet mehr helle als dunkle Partikel gefunden. Interessant war vor allem die Ausbreitung der dunklen Partikel bzw. des Reifenabriebs: Am Standort, der am weitesten von der Strasse entfernt war, wurden die meisten, vor allem kleine, dunkle Partikel gefunden. Der Standort, der am nächsten zur Strasse war, hatte dafür nur mittelmässig viele Partikel, dafür am meisten typische Reifenabriebpartikel. Am Standort, der sich zwischen den beiden anderen Standorten befand, konnte am wenigsten Reifenabrieb nachgewiesen werden.

Diskussion

Gegen die Erwartungen wurden am Standort, der am weitesten entfernt war, die meisten dunklen Partikel gesammelt. Das wird damit zusammenhängen, dass sich neben dem Standort ein Bahngleis befindet, auf dem alle 30 Minuten ein Zug durchfährt und somit jedes Mal Partikel aufwirbelt. Am Standort in der Mitte wurden am wenigsten Reifenabrieb gefunden, da sich der Sammler an diesem Standort sehr hoch über dem Boden befand. Trotzdem wurden an diesem Standort Reifenabriebpartikel gefunden, was bedeutet, dass die Partikel auch in einer grossen Höhe transportiert werden können. Interessant war zu sehen, dass sich am Standort, der am nächsten zur Strasse war, vor allem die grösseren dunklen Partikel abgesetzt hatten. Noch dazu wurden an diesem Standort am meisten helle Partikel gesammelt, und nur dort fand man noch dazu bunte Kunststofffasern. Man kann dies mit der Aufwirbelung der Luft der vorbeifahrenden Fahrzeuge erklären. Prinzipiell kann man sagen, dass kleinere Partikel weiter durch die Luft transportiert werden als grössere. Was man in der Auswertung auch gesehen hat, war der Einfluss des Wetters. In diesen Wochen, in denen es viel regnete, wurden weniger Partikel gesammelt. Dafür hatte sonniges oder windiges Wetter keinen Einfluss. Die Messmethode ist für diese Arbeit ausreichend gewesen, was aber verbessert werden müsste, ist das Analyseverfahren der Partikel. Bis jetzt geht man nur nach Aussehen, Farbe und Form des Partikels, ohne weiter auf die Struktur einzugehen. Wenn das Analyseverfahren besser wird, kann man genauer sagen, von wo die Partikel stammen und wie man die Verschmutzung eindämmen kann.

Schlussfolgerungen

Mit der Arbeit konnten alle Hauptfragestellungen beantwortet werden. Reifenabrieb breitet sich in der Luft aus, lagert sich auch in grossen Distanzen zur Strasse ab, und das Wetter hat einen Einfluss auf die Ausbreitung. Für genauere Ergebnisse müsste das Analyseverfahren verbessert werden. Auch sollten Partikel über einen längeren Zeitraum gesammelt werden und andere Standorte in Betracht gezogen werden. Die Arbeit brachte viele interessante Ergebnisse und zeigt einmal mehr die Problematik der Kunststoffverschmutzung in der Umwelt auf. Nächste Schritte wären dann die Verminderung von Reifenabrieb in der Umwelt.

 

 

Würdigung durch den Experten

Dr. Christoph Hüglin

Diese Arbeit behandelt ein hochaktuelles Thema, zu dem gegenwärtig noch viele Fragen offen sind: Mikroplastik in der Umwelt. Géraldine Heuer fokussiert in ihrer Arbeit auf Reifenabrieb, dem mengenmässig grössten Anteil von Mikroplastik. Sie ging der Hauptfrage nach, ob Reifenabrieb über die Luft verteilt und in einem Wohngebiet in unterschiedlichem Abstand zu einer Hauptstrasse nachgewiesen werden kann. Frau Heuer sammelte während eines Jahres zweiwöchentliche Proben von luftgetragenen Partikeln und konnte mittels Lichtmikroskopie zeigen, dass Reifenabriebpartikel in der Luft vorhanden sind.

Prädikat:

hervorragend

Sonderpreis Metrohm – London International Youth Science Forum (LIYSF)

 

 

 

Kantonsschule Wattwil
Lehrerin: Gabriela Eugster