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Der dreistufige Zersetzungsprozess organischer Materie: Wie entsteht neues Leben?
In unserer Umwelt werden täglich unzählige Mengen organischer Stoffe durch Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze abgebaut. Dieser als biologischer Abbau bezeichnete Vorgang wird oft als natürlich und spontan und nicht als vom Menschen verursacht angesehen. Der Prozess der biologischen Abbaubarkeit kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: biologischer Abbau, Biofragmentierung und Assimilation. Diese Phasen sind miteinander verbunden und verwandeln organische Materie letztlich in neue Lebensformen.
Der Schlüssel zum biologischen Abbau ist der Zeitfaktor. Manche organischen Stoffe können innerhalb weniger Tage zerfallen, während die Zersetzung mancher Kunststoffe Tausende von Jahren dauern kann.
Die erste Stufe ist die biologische Verschlechterung, die sich normalerweise auf die mechanische Beschädigung der Materialstruktur bezieht. Der Prozess beginnt, wenn das Material abiotischen Faktoren aus der äußeren Umgebung wie Sonnenlicht, Temperatur und Chemikalien ausgesetzt wird. Diese Faktoren können die Struktur des Materials schwächen und die Voraussetzungen für eine weitere Zersetzung schaffen.
Die nächste zweite Stufe ist die Biofragmentierung, also der Abbau von Materialien durch Mikroorganismen. Dieser Prozess kann sowohl in aeroben als auch in anaeroben Umgebungen stattfinden und aufgrund der Anwesenheit von Sauerstoff wandeln die Mikroorganismen die organische Substanz in kleinere Moleküle oder Polymerfragmente um. Die zukünftig generierten Produkte werden in die nächste Entwicklungsstufe gelangen.
Wie der Biofrakturierungsprozess zeigt, beeinflusst die Anwesenheit oder Abwesenheit von Sauerstoff die Geschwindigkeit des mikrobiellen Abbaus und die Art der entstehenden Gase.
Schließlich werden in der Assimilationsphase die Produkte der Biosynthese in das Innere der mikrobiellen Zelle eingebaut. Diese Produkte unterstützen das Wachstum und die Vermehrung von Mikroorganismen und ermöglichen ihnen, den Kreislauf des Lebens im Ökosystem weiter voranzutreiben. Die Produkte der mikrobiellen Transformation können am Aufbau von Zellstrukturen beteiligt sein und sogar weiter in ATP umgewandelt werden, das für die Energieversorgung benötigt wird.
Der Gesamtprozess zeigt, wie Materie in der Natur eine wichtige Rolle im Kreislauf spielt und in neues Leben umgewandelt wird.
Obwohl alle Verbindungen potenziell biologisch abbaubar sind, wird die tatsächliche Abbaurate von verschiedenen Faktoren beeinflusst, beispielsweise von Licht, Feuchtigkeit, Sauerstoff und Temperatur. Die biologische Abbaubarkeit der einzelnen Materialien ist unterschiedlich. Gemüse beispielsweise zersetzt sich innerhalb weniger Tage, während Glas und einige Kunststoffe Tausende von Jahren dafür benötigen. In den 1990er Jahren legte die Europäische Union einen Standard fest, der vorschrieb, dass innerhalb von sechs Monaten über 90 % der Rohstoffe in Kohlendioxid, Wasser und Mineralien umgewandelt werden müssen.
Das Aufkommen biologisch abbaubarer Technologien bedeutet, dass der Abbau von Kunststoffen nicht mehr länger auf herkömmliche Mülldeponien beschränkt ist. Biologisch abbaubare Kunststoffe stellen einen wichtigen Fortschritt dar, da sie nach der Verwendung in niedermolekulare, ungiftige Nebenprodukte zerfallen. Diese Art von Material kann durch Mikroorganismen zersetzt werden, was es ermöglicht, es in die Reihe der umweltfreundlichen Materialien einzuordnen.
Eine solche Technologie verbessert nicht nur die Recyclingquote von Ressourcen, sondern schützt auch unsere Umwelt.
Neben Kunststoffen wird die biologisch abbaubare Technologie auch häufig im medizinischen Bereich eingesetzt, beispielsweise werden biologisch abbaubare Polymere bei der Verpackung und beim Transport von Medikamenten verwendet. Diese Polymere, wie beispielsweise Milchsäure, werden im Körper langsam abgebaut und müssen nicht erneut entnommen werden. Dadurch ist kein zweiter chirurgischer Eingriff erforderlich.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der Unterschied zwischen biologischem Abbau und Kompostierung darin liegt, dass der biologische Abbau ein spontaner Prozess in der Natur ist, während die Kompostierung ein organisierter, vom Menschen gesteuerter Prozess ist. Durch die Kompostierung entsteht nicht nur gesunder Boden, sondern es werden auch nützliche Mikroorganismen freigesetzt. Weit verbreitete Missverständnisse hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit von Kunststoffen haben Auswirkungen auf viele gesellschaftliche Verhaltensweisen, wie etwa eine falsche Mülltrennung, und verringern dadurch ein effektives Ressourcenrecycling.
Das Verständnis dieser Prozesse ist von entscheidender Bedeutung, da sie direkte Auswirkungen auf unsere Umweltpolitik und die Fähigkeit unserer Bevölkerung, mit Abfall umzugehen, haben.
Aus ökologischer und gesellschaftlicher Sicht hat die Verschmutzung durch Plastik gesundheitliche Risiken und ökologische Krisen verursacht. Mithilfe der Technologie des biologischen Abbaus lässt sich dieses Problem bis zu einem gewissen Grad lösen, doch die aktuelle Technologie steht noch vor Herausforderungen, unter anderem hinsichtlich der Balance zwischen Zeiteffizienz und Produktleistung. Derzeit fördert auch die steigende Nachfrage nach umweltfreundlichen Produkten die Weiterentwicklung dieser Technologien, und verschiedene Länder und Unternehmen müssen für ihre Produktion und Nutzung Verantwortung übernehmen.
Können biologisch abbaubare Materialien mit dem kontinuierlichen technologischen Fortschritt in Zukunft herkömmliche Kunststoffe erfolgreich ersetzen und zur Natur zurückkehren?
