Umweltfreundliche Mikroplastik-Alternativen in Kosmetikartikeln

KosLigCel2: Im Labor wurden Zahncremes mit den biologisch abbaubaren Partikeln auf ihre Reinigungswirkung untersucht.
© Fraunhofer IMWS

Interview mit Dr. -Ing. Sabine Sarembe, Wissenschaftlerin im Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle.

KosLigCel ist ein Forschungsprojekt im Rahmen des Spitzenclusters BioEconomy zur Erforschung der kostengünstigen Herstellung von biologisch abbaubaren Cellulosepartikeln aus Buchenholz, Hafer, Weizen und Mais. Diese erfüllen dieselben Anforderungen an Abrasivität und Reinigungsleistung in Zahn- und Hautpflegeprodukten wie herkömmliche Mikroplastik, sind aber für die Umwelt deutlich verträglicher.

Mikroplastik ist mittlerweile - im wahrsten Sinne des Wortes - in aller Munde. Warum ist Mikroplastik denn eigentlich so gefährlich für unsere Umwelt?

Mit Mikroplastik sind Kunststoffteilchen gemeint, die in vielen Produkten für nützliche Funktionen sorgen, etwa in Cremes, Duschgels oder Babywindeln. Zum Problem für die Umwelt werden sie durch zwei Eigenschaften: Erstens sind die Partikel sehr klein (zwischen wenigen Mikrometern und 5 Millimetern), d.h. wenn sie beispielsweise als Bestandteil eines Duschgels ins Abwasser gelangen, können sie deshalb von gängigen Kläranlagen nicht herausgefiltert werden wie andere Schadstoffe. Sie gelangen weiter in den Wasserkreislauf, können dort von verschiedenen Organismen aufgenommen werden und gelangen so in die Nahrungskette. Im schlimmsten Fall haben wir dann einen Fisch auf dem Teller, in dem das Plastik aus unserem Duschgel steckt. Das zweite Problem ist die lange Haltbarkeit der Partikel: Sie werden in der Natur nur sehr langsam zersetzt, das kann über 100 Jahre dauern. Materialien wie Polyethylen wurden ja gezielt für eine lange Lebensdauer entwickelt. Bei Rohren, Flaschen oder Zahnrädern aus Kunststoff ist das eine erwünschte Eigenschaft. Bei Mikroplastikpartikeln im Wasserkreislauf wird es zum Problem. Deshalb haben wir gemeinsam mit unseren Industriepartnern im Projekt »KosLigCel« natürliche Cellulosepartikel entwickelt, die Mikroplastik ersetzen können und biologisch abbaubar sind.

In welchen Produkten versteckt sich Mikroplastik, wo man es gar nicht erahnen würde?

In der öffentlichen Debatte ist derzeit oft von Peelings, Zahncremes, Deodorants und vielen weiteren Kosmetikprodukten die Rede. Man muss aber festhalten, dass viele  Hersteller in diesen Produkten mittlerweile auf Mikroplastik verzichten oder zumindest intensiv nach umweltfreundlicheren Lösungen suchen. Laut einer aktuellen Studie sind kosmetische Produkte für 4,1 Prozent der jährlichen Menge des in Europa in die Meere eingebrachten Mikroplastiks verantwortlich. Das sind noch immer mehrere tausend Tonnen pro Jahr. Eine noch viel größere Rolle spielt allerdings die Belastung von Gewässern mit Mikroplastik aus Reifenabrieb oder von Kleidungsstücken, die beim Waschen in die Umwelt gelangen. Nicht zuletzt gibt es nicht nur primäres Mikroplastik, das gezielt als solches hergestellt wurde, sondern auch Mikroplastikteilchen, wenn Plastikmüll in der Umwelt nach und nach zersetzt wird.

Was können Ihre „biologischen Körner“  denn besser ? Und wo haben sie vielleicht Nachteile?

Wir haben uns auf Hautpflegeprodukte und Zahncreme konzentriert. Darin werden Mikroplastikpartikel als »sanfte Abrasiva« eingesetzt, sie sorgen für einen »Schmirgeleffekt« und tragen so zur Reinigungsleistung bei. Wir haben gemeinsam mit Partnern nachgewiesen, dass sich eine vergleichbare Reinigungsleistung erzielen lässt, wenn man Partikel aus Cellulose einsetzt, die biologisch abbaubar sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass Cellulose-Partikel – anders als Plastik – auch Wasser und Öl aufnehmen. Gerade für Feuchtigkeitscremes ist das eine vielversprechende Eigenschaft.

In welchen Bereichen können die natürlichen Partikel verwendet werden?

Für die von uns und unseren Partnern entwickelten Cellulose-Partikel sehen wir Anwendungsmöglichkeiten in Produkten der Hautkosmetik wie Cremes und Peelings, aber auch in der dekorativen Kosmetik, etwa für Mascara, Puder oder Lippenstift. Auch ein Einsatz in medizinischen Produkten ist denkbar. Oft werden Mikroplastikpartikel wegen ihrer chemischen Beständigkeit und ihrer Farb-, Geruchs- sowie Geschmacklosigkeit auch als Stabilisatoren und Füllmittel eingesetzt, etwa in Deodorants. Auch dafür kommen unsere biologisch abbaubaren Ersatzmaterialien infrage.

Warum gibt es bis jetzt noch keine Alternativen für Mikroplastik, die auch breite Anwendung finden?

Es gibt funktionierende Ersatzmaterialien, die umweltverträglich sind. Unter anderem haben wir das ja in unserem Projekt nachgewiesen. Natürlich dauert es, bis solche Alternativen entwickelt und ausreichend getestet sind. Außerdem müssen die Hersteller ihre Produktion umstellen und die neuen Materialien müssen auch im Preis konkurrenzfähig  sein. Da ist aber sehr viel in Bewegung – auch die Politik sorgt für zusätzliches Tempo, weil angesichts der immer klarer werdenden Erkenntnisse über die Umweltbelastung vielerorts Verbote von Mikroplastik absehbar oder sogar bereits beschlossen sind.

Was sind die größten Probleme und Herausforderungen in diesem  Forschungsprojekt?

Am Beispiel der in unserem Projekt entwickelten Zahnpasta mit Cellulose-Partikeln lässt sich das gut illustrieren: Wir mussten zunächst ein geeignetes Ausgangsmaterial identifizieren und haben uns für Cellulose entschieden, die aus Buchenholz, Hafer, Weizen und Mais gewonnen wird. Dann galt es, die Cellulose-Partikel so herzustellen, dass ihre Größe, Form, Härte und auch die Oberflächenstruktur genau passend für die gewünschten Reinigungseigenschaften sind. Die Partikel aus Cellulose sollen Plaque, Zahnverfärbungen und Essensrückstände entfernen, dürfen aber den Zahnschmelz nicht schädigen. Wir haben mit hochauflösenden Mikroskopen die Struktur der Partikel immer wieder untersucht, mit weiteren Testmethoden die Reinigungsleistung gemessen und den Herstellungsprozess nach und nach optimiert. Natürlich mussten wir dabei auch im Blick behalten, dass die Partikel gesundheitlich verträglich sind und die Herstellung in einem moderaten Kostenverhältnis steht.

Mit welchen Partnern arbeiten Sie zusammen?

Unsere Partner im Projekt »KosLigCel« waren die CFF GmbH aus Gehren in Thüringen, die vor allem die Herstellung der Partikel verantwortet hat, und die Skinomics GmbH aus Halle (Saale), die hauptsächlich die Herstellung und die dermatologische Untersuchung der Produkte übernommen hat.

Welche Naturmaterialien eignen sich besonders gut? Womit konnten die besten Ergebnisse erzielt werden?

Wir haben mehrere Cellulose-Typen auf Basis von Buchenholz, Hafer, Weizen und Mais als Ersatz für Mikroplastik-Partikel getestet. Alle haben sich als geeignet erwiesen. In anderen Forschungseinrichtungen laufen auch Versuche mit Biowachs, Salz oder Olivenkernen. In unserem Projekt haben wir die Grundlagen geschaffen, auch solche und weitere Alternativen detailliert materialwissenschaftlich untersuchen zu können und so ihre Tauglichkeit zu prüfen.

Gibt es schon konkrete Beispiele für marktreife Anwendungenungen?

Die in unserem Projekt entwickelten Partikel sind bereits auf dem Markt und werden von der CFF GmbH vertrieben.

Wie kann die Zukunft in aussehen? Wird Mikroplastik bald komplett aus  Produkten verschwunden sein?

Ein flächendeckender Ersatz von Mikroplastik in Kosmetikprodukten durch biologisch abbaubare Materialien ist machbar,  in den nächsten fünf bis zehn Jahren Zuerst werden sicher Nischenprodukte wie vegane Kosmetik darauf setzen, dann wird der Massenmarkt folgen. Sowohl die Nachfrage der Verbraucher als auch die Vorgaben der Politik, die beide die Problematik erkannt haben und nach Alternativen suchen, deuten in diese Richtung. Wie erwähnt, macht der Einsatz in Kosmetikprodukten aber nur einen kleinen Teil der gesamten Umweltbelastung durch Mikroplastik aus. Für andere Anwendungsfelder wie Textilien und Farben oder für das Problem des Reifenabriebs ist weitere Forschung notwendig. Das wird sicherlich länger dauern als fünf bis zehn Jahre. Auch für das Problem von sekundärem Mikroplastik ist damit noch keine Lösung gefunden. Insgesamt lässt sich aber ohnehin ein Trend erkennen, Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe und damit umweltverträglicher zu produzieren. Da passiert in der Forschung unheimlich viel und daran arbeiten auch wir am Fraunhofer IMWS in Sachsen-Anhalt intensiv mit.

Ansprechpartner zum Forschungsprojekt:
Dr. -Ing. Sandra Sarembe
Charakterisierung medizinischer und kosmetischer Pflegeprodukte am Fraunhofer IMWS
+49 345 5589-256
sandra.sarembe@imws.fraunhofer.de

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