Ein Ansatz zur Bestimmung und deren Anwendung

Mikroplastikemission von Kunststoffgranulat aus Kunststoffrasensystemen

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Jährlich gelangt eine große Menge Mikrokunststoff aus Kunststoffrasenspielfeldern auf unterschiedlichste Weise in die Umwelt und die Ökosysteme (vgl. DFB 2017; FLL 2014). Durch Anreicherung von Schadstoffen, wie Schwermetallen, und die unbewusste Aufnahme durch Lebewesen werden die Schadstoffe in die Nahrungskette eingebracht (Fath 2019). Die Folgen auf die Umwelt sind weitreichend und müssen vermieden werden.

Erster Auslöser für eine weitreichende Diskussion war die Konsortialstudie "Mikroplastik 2018" (Bertling et al 2018). Diese sorgte für großes Aufsehen bei allen Verantwortlichen im Bereich Kunststoffrasen. Danach erreiche der Austrag an Mikrokunststoffen aus Kunststoffrasenspielfeldern mit 17000 t jährlich den dritthöchsten Emissionswert (Bertling et al 2018).

Lassen et al beschreiben, hochgerechnet auf die vom Deutschen Fußball Bund ausgegebenen 5000 Kunststoffrasenspielfelder (DFB, DSTGB 2019), eine Emission von 7500 t bis 12 500 t pro Jahr (Lassen et al 2015). 750 t bis 1500 t Austrag an synthetischem, elastischem Füllstoff gibt der Hersteller Polytan an (Spektrum 2019). Die der Diskussion zugrundeliegenden Werte gehen weit auseinander. Daher wird hier ein weiterer Versuch unternommen, die Austragsmengen mit einer quantifizierenden Methode zu bestimmen. Dazu wurde zur Probennahme auf dem Spielfeld eine Prüfanweisung entwickelt.

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Emissionen Kunstrasen

Methode

Diese Arbeit hat den Versuch unternommen exemplarisch anhand von zehn untersuchten Spielfeldern die verbleibende Menge an Füllstoff im Kunststoffrasensystem zu ermitteln, um durch Differenzbildung zwischen eingebrachter und aktueller Menge an synthetischem, elastischen Füllstoff Rückschlüsse auf die ausgehende Mikroplastikemission ziehen zu können. Es wurden je fünf Spielfelder aus den Jahren 2011 und 2016 der Stadt Köln untersucht. Fast alle Spielfelder weisen einen Kunststoffrasen mit texturierten Fasern auf. Ausnahme bildet hier ein Spielfeld aus dem Jahr 2016 mit geraden Fasern.

Die Durchführung der Prüfung ist nebenstehend im Kasten beschrieben. Die Praktische Durchführung ist zusätzlich in den Abb. 2 bis Abb. 5 dargestellt.

Emissionen Kunstrasen
Tab. 1: Einordnung der Unsicherheitsfaktoren. Grafik: Meyer

Schwächen der Methode

Die Genauigkeit der Untersuchungsergebnisse ist aus den folgenden Gründen nicht gesichert:

  • Da sich einzelne Füllstoffkörner aufgrund der Stichdichte und Struktur der Fasern in Kombination mit der Saugwirkung des Staubsaugers in den Fasern verfangen, ist es nicht möglich 100 Prozent des enthaltenen Füllstoffs auszusaugen (Abb. 6).
  • Auch kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich Körner des Füllstoffs im geriffelten Staubsaugerschlauch verfangen (Abb. 7).
  • Zudem entwickelt sich beim Aussaugen der Kunststoffrasenfläche eine starke statische Aufladung, durch kleinste Teilchen des Füllstoffs an der Innenwand des Auffangbehälters haften bleiben können. Dieser Anteil kann durch gründliches Ausfegen bei der Umfüllung in einen Eimer minimiert, jedoch nicht vollständig reduziert werden.
  • Ebenfalls bleibt durch das Ausfegen der Behälter ein gewisser Prozentsatz zwischen den Borsten des Besens hängen.
  • Darüber hinaus werden durch das Waschen der Proben zusätzlich kleinste Korngrößen des synthetischen Füllstoffs mit ausgewaschen, da das Kleinstsieb nur Partikel ? 0,063 mm auffängt. Jedoch machen diese wahrscheinlich nur einen sehr kleinen Teil der Gesamtmasse aus.

Schätzungsweise gehen durch diese Messmethodik 5 bis 10 Prozent Material verloren, bevor die Trennung zwischen Granulat und Sand stattfinden kann. Somit kann durch diese Messmethodik keine gesicherte Menge ermittelt werden. Es wird aber ein Mindestwert der aktuellen Füllmenge dargestellt. Die tatsächliche Menge an Granulat im Kunststoffrasensystem wird aufgrund der oben genannten Verluste höher sein und damit wäre der tatsächliche Austrag an synthetischem, elastischem Füllstoff in die Umwelt geringer.

Die Bewertung der Unsicherheitsfaktoren ist in Tabelle 1 dargestellt.

Nicht untersucht wurde, ob die Art der Faser einen Einfluss auf den Austrag an synthetischem, elastischem Füllstoff hat. Da anzunehmen ist, dass durch das schlechtere Haltevermögen gerader Fasern eine größere Menge Füllstoff aus dem System ausgetragen wird, wären hier weitere Untersuchungen angezeigt.

Ungeklärt ist außerdem der mögliche Einfluss von Nutzungs- sowie Pflegeintensität auf den Austrag von synthetischem, elastischem Füllstoff. Allerdings liegt die Annahme nahe, dass mit zunehmender Intensität der Austrag steigen muss. Daher könnte zum Beispiel bei häufiger Nutzung mehr Füllstoff in der Kleidung der Spieler hängen bleiben und sich mit zunehmender Anzahl von Pflegegängen häufiger Füllstoff in den Fasern des Besens verfangen.

Problematisch ist auch, dass der DFB bei den angegebenen 5000 Kunststoffrasenplätzen nicht angibt, wie die Spielfelder verfüllt sind. Da es neben den Sportanlagen mit einer Verfüllung aus Sand und synthetischem, elastischem Füllstoff ebenfalls eine große Menge an Systemen mit ausschließlich Sand- oder Sand-Kork-Verfüllung gibt. In den Berechnungen dieser Arbeit wurde davon ausgegangen, dass alle Spielfelder mit synthetischem, elastischem Füllstoff verfüllt sind. Jedoch würde die Menge des Austrags bei der hypothetischen Annahme, dass jeder dritte Sportplatz keine Verfüllung mit synthetischem, elastischem Füllstoff hat um 2500 t auf 5000 t reduziert werden. Folglich besteht eine große Unsicherheit in den Mengen über alle Plätze. Hinzu kommt, dass es keine Angabe zur Größe der Spielfelder gibt. Wichtig wäre zu wissen, ob in den 5000 Kunststoffrasenplätzen auch Kleinspielfelder und Power-Courts enthalten sind, welche eine wesentlich kleinere Fläche als die Großspielfelder haben.

Darüber hinaus müsste der Austrag mit zunehmender Nutzungsdauer von Jahr zu Jahr geringer werden, da mit der Zeit weniger Füllstoff im System vorhanden ist. Also ist es nicht optimal von einem linearen Austrag von 0,2 kg/m² und Nutzungsjahr auszugehen. Die entnommenen Proben spiegeln lediglich eine Momentaufnahme der Füllmengen wieder und haben keinen Bezug zur Verteilung der Austragsmengen über den zeitlichen Verlauf.

Ergebnisse der durchgeführten Mengenermittlungen

Da die bekannten Studien keine Angabe zum Alter der Kunststoffrasensysteme machen, ist es für den Vergleich mit den Zahlen anderer Studien erforderlich Durchschnittswerte zu ermitteln. Außerdem kann über den Durchschnitt der ermittelten Mengen eine genauere Aussage über die anfallende Gesamtmenge an Mikroplastikemission getroffen werden. Als Regelmaß für die Berechnung wird von einer Belagsfläche eines Großspielfeldes inklusive Sicherheitsraum mit 70 m x 109 m (7630 m² nach DFB-Empfehlung) ausgegangen.

Der Gesamtaustrag je Nutzungsjahr und Spielfeld in Tonnen ist in Abb. 8 dargestellt und zeigt den Durchschnitt aus allen betrachteten Kunststoffrasenspielfeldern. Eine Einschätzung der jährlichen Mikroplastikemission durch den Füllstoff erfolgt über die durchschnittliche Gesamtmenge je Quadratmeter und Nutzungsjahr, welche mit der Anzahl der Spielfelder (5000) in durchschnittlicher Spielfeldgröße multipliziert wird. Im Vergleich mit den, durch das Fraunhofer-Institut UMSICHT ausgegebenen 17.000 t an synthetischem, elastischem Füllstoff, welcher durch Kunststoffrasenspielfelder in Deutschland jährlich in die Umwelt gelangt, sind die hier ermittelten 7500 t ein um mehr als 50 Prozent geringerer Wert.

In Abb. 9 ist zusätzlich der Austrag in kg/m²/a dargestellt und kann als Basis für eine Prognose über den durchschnittlichen Gesamtaustrag dienen, da nicht jede Sportanlage das Regelmaß des DFB aufweist.

Der tatsächliche Wert des gemessenen Austrags an Füllstoff ist mit großer Wahrscheinlichkeit, aus den oben genannten Gründen, niedriger.

Aus diesen Messungen ergibt sich, dass der hier ermittelte Wert von maximal 7500 t Mikroplastikemission pro Jahr durch Kunststoffrasenspielfelder in Deutschland möglicherweise wesentlich geringer ist als durch Bertling, J.; et.al (2018) angenommen. Vielmehr entsprechen die hier ermittelten 7500 t Mikroplastikemission den Schätzungen von Lassen et al., welche, auf die 5000 Kunststoffrasenspielfelder in Deutschland hochgerechnet, eine Spanne von 7500 t bis 12 500 t ergeben. Zusammenfassend sind die unterschiedlichen Quellen in Tab. 2 dargestellt.

Emissionen Kunstrasen
Tab. 2: Einordnung der Ergebnisse dieser Arbeit. Grafik: Meyer

Literatur

Bertling, J.; Bertling, R.; Hamann, L. (2018): Kunststoffe in der Umwelt: Mikro- und Makro-plastik. Ursachen, Mengen, Umweltschicksale, Wirkungen, Lösungsansätze, Empfehlungen. Kurzfassung der Konsortialstudie, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (Hrsg.), Oberhausen, Juni 2018.

DFB - Deutscher Fussball Bund e. V. (2007): Sportplatzbau und -Erhaltung 5. Überarbeitete Auflage 2017

DFB, DSTGB (2019): Gemeinsame Stellungnahme des DFB und des DStGB im Rahmen der Konsultation zum Beschränkungsvorschlag der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) "Mikroplastik" 17.09.2019);

Online verfügbar unter: www.swfv.de/sites/default/files/2019-10/DFB_DStGB_Stellungnahme_ECHA_17092019_endg.pdf (21.08.2020)

Fath, A. (2019): Mikroplastik: Verbreitung, Vermeidung, Verwendung

FLL - Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (2014): Sportplatzpflegerichtlinien - Richtlinien für die Pflege und Nutzung von Sportanlagen im Freien; Planungsgrundsätze

Frankfurter Rundschau (2019): Bund zieht rote Karte wegen Mikroplastik; Online verfügbar unter: www.fr.de/rhein-main/bund-zieht-rote-karte-wegen-mikroplastik-12348543.html (21.08.2020)

Labor Lehmacher I Schneider (2020): Gespräch Herrn Dipl. Ing. Oliver Schneider, Dr. rer. nat. Jens Bußmann, Matthias Schucht M.A.; Labor Lehmacher I Schneider GmbH & Co. KG

Lassen, C.; Hansen, S. F.; Magnusson, K.; Hartmann, N. B.; Rehne Jensen, P.; Nielsen, T. G.; Brinch, A. (2015): Microplastics: Occurrence, effects and sources of releases to the environment in Denmark. Copenhagen: Danish Environmental Protection Agency

Müller, B.; Bußmann, J.; Thieme-Hack, M. (2019): Entwicklung einer Prüfmethode zur Bestimmung des Austrags von Mikroplastik aus Kunststoffrasensystemen in: Neue Landschaft 05.2019, Patzer Verlag, Berlin

Spektrum (2019): Die Kunstrasen-Kontroverse; Online verfügbar unter: www.spektrum.de/news/die-kunstrasen-kontroverse/1666024 (22.10.2020)

M.Eng. Benjamin Müller
Autor

Stadt Köln – Sportamt, Abteilung Sportstättenbau und -pflege

Prof. Dipl.-Ing. (FH) Martin Thieme-Hack
Autor

Hochschule Osnabrück, Fakultät A&L

Hochschule Osnabrück University of Applied Sciences

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