Abbaubar

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Unter Bioabbaubarkeit versteht man die Fähigkeit von organischen Substanzen, durch lebende Organismen (insbesondere Saprobionen) oder deren Fermente abgebaut zu werden. Idealerweise läuft dieser Stoffwechsel komplett bis zur Mineralisation, so dass die organischen Verbindungen in anorganische Stoffe wie Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Ammoniak untergliedert werden.

Bioabbaubarkeit heißt fast nichts anderes, je nachdem, ob auf gesetzliche Regelungen oder weitergehende Ideen verwiesen wird. Industrielle Stoffe werden als bioabbaubar angesehen, wenn sie durch biologischer Zersetzung aus der Umgebung ausgeschieden und dem Mineralstoffkreislauf beigemischt werden. Dies wirft die Fragestellung auf, wie die Bioabbaubarkeit getestet wird, inwieweit der Abbauprozess berücksichtigt wird und ob die erforderlichen Degradationsbedingungen (z.B. Temperaturen, andere Nährstoffe) am entsprechenden Standort vorliegen.

Auch Umwandlungsprodukte, die durch den organischen Abbauprozess einer Substanz als Zwischenprodukte entstanden sind, können schwieriger sein als die ursprüngliche Substanz. So werden z.B. Alkylphenolpolyglykolether in den ersten Degradationsschritten in nonylphenolische umgewandelt, die eine schädliche hormonelle Wirkung auf den Fisch haben. Weil bei der Erforschung der Bioabbaubarkeit abiotischer Prozesse (z.B. Wasserhydrolyse ) nicht ausgeschlossen werden kann, ist der Ausdruck Umwandlungsprodukt für die resultierenden Erzeugnisse besser.

Die mitunter verschwommene Bezeichnung "Elimination" hat nichts mit biologischem Zerfall zu tun. Aber auch diese Substanzen können durch Umwandlung, Absorption, Sedimentierung oder Filterung aus dem Schmutzwasser herausgelöst werden. Beim Adsorbieren und Sedimentieren werden die Substanzen jedoch in den Schlamm eingearbeitet und können somit weiter in die Umgebung gelangen, bei der Filterung hängt es von der Filtrationseinheit ab und bei der Umwandlung werden die Umwandlungsprodukte in die Umgebung eingeleitet.

Die OECD-Leitlinien für die Untersuchung von chemischen Substanzen, die auch im Zusammenhang mit der chemischen Zulassung eingesetzt werden, sind generell akzeptiert. Mit dem eigens dafür entwickeltem Testverfahren L-33-A-93 kann die Bioabbaubarkeit von Wasser unlöslichen Substanzen, wie z.B. Schmieröle, nachweisbar sein. In der OECD-Testreihe 301 (A-F) wird ein schneller und vollständiger biologischer Abbaubetrieb unter aeroben Verhältnissen nachgewiesen.

Erfüllt ein Stoff nicht das Kriterien für einen geringen Bioabbau (in der Regel mehr als 60% Abbau), wird der innewohnende Bioabbau in der nächsthöheren Hierarchiestufe geprüft (OECD 302). Der Auswärtstest ( "DOC") (OECD 301 A): Die Testsubstanz wird in einer höheren Dosierung geprüft, d.h. 10-40 mgDOC/L (DOC = Dissolved Organic Carbon) im Gegensatz zu den anderen Test.

Diese Prüfung kann zur Aufnahme von Stoffen eingesetzt werden. Kohlendioxidentwicklungstest (OECD 301 B): Das durch den Bioabbau der Testsubstanz erzeugte Kohlendioxyd wird regelmässig über 28 Tage untersucht und ist ein Gradmesser für den Bioabbau. Der so genannte Sturmtest wird zur Analyse schwer löslicher chemischer Stoffe eingesetzt. Modifizierte MITI-Prüfung (OECD 301 C): Der Sauerstoffbedarf bei gleichzeitigem Adsorbieren von Kohlenstoffdioxid wird über einen Zeitabschnitt von 28 Tagen mit einem Spezialinokulum nach MITI-Spezifikation ermittelt.

Diese Prüfung ist für leicht wasserlösliche Stoffe gut durchführbar. Geschlossene Flaschen (OECD 301 D): Die Bioabbaubarkeit der Testsubstanz wird durch Bestimmung des Verbrauchs an gelösten Sauerstoffen in regelmässigen Abständen über einen Zeitabschnitt von 28 Tagen festgestellt. Diese Prüfung wird für leichtflüchtige Stoffe durchgeführt. Modifizierte OECD-Screeningprüfung (OECD 301 E): Die Bioabbaubarkeit der Testsubstanz wird durch eine 28-tägige Bestimmung des DOC festgestellt.

Diese Prüfung wird für wasserlösliche Stoffe verwendet. Manometrische Beatmung stest (OECD 301 F): In den Prüfflaschen verbleibt ein bestimmter Raum. Die resultierende Druckdifferenz wird von speziellen Manometern erfasst und spiegelt somit den natürlichen Abbauprozess wider. Diese Prüfung ist dann sinnvoll, wenn die Molekülformel der zu untersuchenden Stoffe bekannt ist und somit ein rechnerischer Sauerstoffbedarf errechnet werden kann.

In der OECD-Testreihe 302 (A-C) wird eine begrenzte, aber prinzipiell erreichbare Bioabbaubarkeit der zu untersuchenden chem.... Stoffe, die solche Prüfungen bestanden haben, werden als grundlegend oder von Natur aus bioabbaubar angesehen. Die Prüfung nach OECD 302 B (Zahn-Wellens-EMPA-Test) dient der Untersuchung der aeroben Bioabbaubarkeit der Testsubstanz und zeigt das Resultat der Verringerung des chem. Sauerstoffbedarfes oder des gelösten organischen Kohlenstoffs an.

Dies ist der am häufigsten verwendete Versuch zur Prüfung der Eigenabbaubarkeit. Vergleicht man die Aufnahme des Infrarotlichts der naturbelassenen "Zero-Day-Präparate" mit der Aufnahme der 21-Tage-Präparate, kann der bioabbaubare Teil des Öls ermittelt werden. Das Verfahren kann nur zur Bestimmung der biologischen Abbaufähigkeit von fettlöslichen Stoffen eingesetzt werden.

Es ist nicht auf einzelne Stoffe begrenzt, sondern kann auch zur Ermittlung der Zerlegbarkeit von Endprodukten verwendet werden. Die Hersteller geben bei Wasch- und Putzmitteln oft an, dass die dort eingesetzten oberflächenaktiven Stoffe als bioabbaubar eingestuft werden, weil sie "alle rechtlichen Vorgaben zur Bioabbaubarkeit in vollem Umfang erfüllen". Bei den Tests wird nur der primäre Abbauprozess untersucht.

Eine weitere Degradation der Testsubstanz, wie sie in den OECD-Tests dargestellt ist, wird hier nicht berücksichtigt. Dies wurde in Deutschland unter der DIN-Norm DIN V 54900-1...3 dargestellt, die 2004 ohne Ersatz zurückgezogen wurde; die US-Norm D-6400 verlangt eine Degradierbarkeit von 60 Prozent innerhalb von 180 Tagen, um Erzeugnisse als "kompostierbar" zu markieren.

Als bioabbaubarer Stoff und kompostierbares Material wird nur anerkannt, wenn innerhalb von 12 Monaten in einem industriellen Kompostierungsprozess gemäß der europäischen Richtlinie EN 13432 zumindest 90% der Inhaltsstoffe abbaubar sind. Als abbaubar werden solche Materialien beschrieben, die keinem biologischem Abbauprozess ausgesetzt sind. Wenn sie nicht durch andere chemisch oder physikalisch bedingte Zersetzungsprozesse zerlegt werden, werden sie als hartnäckig erachtet.

Neben dem chemischem und photochemischem Abbauprozess und der Absorption ist die Bioabbaubarkeit der in die Umgebung eingebrachten Stoffe aufgrund des Persistenzproblems von großer Wichtigkeit. Bioabbaubarkeit wird daher bereits bei der Genehmigung von Stoffen mit den oben erwähnten OECD-Tests erprobt. Als Teil der Funktionsweise für eine zukunftsfähige Chemikalie ist laut KÜMMERERER eine weitestgehende Vererzung (Mineralisierung) nach dem Einsatz der chem....

Zu: Umweltnaturwissenschaften & Schadstoffforschung 20(4), 249-263. CEC Testoperation L-33, Stand 31.10.1997. Bernd Beek (Hrsg.) (2001): Biologischer Abbau und Persistenz.