Alles im Fluss |
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02.07.2018 15:06 Uhr |
Von Michael van den Heuvel / Hormone, Analgetika oder Antidepressiva landen nach der Passage durch den Körper in der Umwelt. So mancher Patient entsorgt seine Arzneistoffreste auch noch über die Toilette. Das Umweltbundesamt fordert jetzt, Laien besser aufzuklären, Medikamente gezielter zu bewerten und Kläranlagen aufzurüsten.
In Deutschland liegt der Arzneimittelverbrauch bei rund 30 000 Tonnen im Jahr. Es gibt etwa 2300 Wirkstoffe, von denen 1100 ökologisch unbedenklich sind, beispielsweise Elektrolyte, Aminosäuren, Peptide oder sonstige Nahrungsergänzungsmittel. Damit bleiben noch 1200 Humanarzneimittel mit einer Menge von 8100 Tonnen pro Jahr, die die Umwelt möglicherweise gefährden. Hormone wie Ethinylestradiol, Analgetika wie Diclofenac und Ibuprofen, Antiepileptika wie Carbamazepin oder Antibiotika wie Sulfamethoxazol gehören zu den wichtigsten Vertretern. Sie gelangen über menschliche Ausscheidungen (88 Prozent), unsachgemäße Entsorgungswege von Altarzneimitteln (10 Prozent) und Abfälle bei der Herstellung (2 Prozent) in Gewässer.
Medikamente verlassen unverändert oder als Stoffwechselprodukte den Organismus. Über Urin oder Stuhl gelangen sie ins Abwasser. Normale Kläranlagen bauen die Moleküle nicht ab, und so geht ihre Reise weiter bis in Flüsse. Dort zeigen sie je nach Molekül ganz unterschiedliche Effekte.
Beispielsweise verändert das synthetische Östrogen Ethinylestradiol aus oralen Kontrazeptiva den Fortpflanzungszyklus vieler Lebewesen im Wasser. Weitere gut untersuchte Folgen sind Verweiblichung, Zwitterbildung und Unfruchtbarkeit. Selbst wenige Nanogramm pro Liter beeinflussen das Balzverhalten von Afrikanischen Krallenfröschen, fanden Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) heraus. Organische Moleküle wie Bisphenol A oder Ester der Phthalsäure haben auch hormonähnliche Eigenschaften. Ihre Konzentration in der Umwelt nimmt seit Jahren zu.
Psychopharmaka bleiben ebenfalls nicht ohne Folgen. Bei der Untersuchung von 30 europäischen Flüssen identifizierten Chemiker in 86 Prozent aller Proben mindestens ein Benzodiazepin. Oxazepam trat am häufigsten auf, gefolgt von Temazepam, Clobazam und Bromazepam. Zwar sind die gemessenen Werte um den Faktor 10 000 niedriger als Plasmaspiegel bei der Pharmakotherapie. Viele Wirkstoffe reichern sich aber in Fischen an. Gleichzeitig bringen Verhaltensänderungen die natürliche Fortpflanzung aus dem Lot.
Ein Ende des Trends ist nicht absehbar. Im Gegenteil: Laut Analysen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) wird der Medikamentenverbrauch weiter ansteigen. Experten haben versucht, das über verschiedene Simulationen auszurechnen. Sie kamen zu einem Plus von 43 bis 69 Prozent innerhalb von 30 Jahren, je nach Rechenmethode. Um dagegen vorzugehen, gibt es mehrere Strategien, wie das Umweltbundesamt (UBA) jetzt berichtet.
Besser informieren, mehr forschen
Seit 1998 ist eine Umweltrisikobewertung bei Neuzulassungen gesetzlich vorgeschrieben. Außerdem gibt es freiwillige Initiativen zum Risikomanagement. UBA-Experten fordern von Herstellern jedoch, alle Umweltdaten für die Bewertung von Pharmaka offenzulegen – auch bei Medikamenten, die sich schon lange auf dem Markt befinden.
Auch die Forschung ist gefragt. Moderne Strategien wie das Drug Targeting, also der zielgerichtete Transport von Arzneistoffen zum Wirkort, leisten Beiträge für ökologisch verträglichere Wirkstoffe. So ist es gelungen, an das Zytostatikum Ifosfamid einen Glukoserest zu hängen. Glufosfamid, so der Name des kombinierten Moleküls, ist biologisch besser abbaubar. Heute werden viele Krebsmedikamente auf Proteinbasis zugelassen, etwa monoklonale Antikörper. Sie stellen keine Gefahr für die Umwelt dar.
Kleine organische Moleküle gelten als gefährlicher. Deshalb sollten Firmen Ärzte, Apotheker und PTA besser über Umweltaspekte in Zusammenhang mit der Pharmakotherapie informieren, schreibt das UBA. Auch bei Patienten gibt es noch Wissenslücken. Genaue Daten existieren zwar nicht. Laut einer APOkix-Umfrage des IFH Köln befürchten jedoch acht von zehn Interviewten, Laien könnten ihre Reste in der Toilette entsorgen. Und sieben von zehn öffentlichen Apotheken nehmen Altmedikamente nach wie vor an. Inhaber sehen darin den besten Weg, um eine sachgerechte Entsorgung zu garantieren.
Die Kläranlage hält Hormone nicht auf
Nicht nur bei der Forschung und der Beratung lässt sich ansetzen. Kläranlagen lassen sich UBA-Schätzungen zufolge für 16 Euro pro Verbraucher und Jahr mit einer sogenannten vierten Stufe ausrüsten, um Arzneistoffe abzutrennen.
Momentan sind die meisten Kläranlagen mit Pharmaka oder mit deren Abbauprodukten schlichtweg überfordert. Das liegt am klassischen Reinigungsverfahren mit drei Schritten. Abwasser wird in Stufe eins über Rechen oder Siebe geleitet. An ihnen bleiben größere Partikel hängen, etwa Laub, Holz, Tampons oder Kondome. Sie würden nur die Pumpen verstopfen. Weiter geht es über ein Absetzbecken, in dem Sand, Steine oder Glassplitter sedimentieren, zum Vorklärbecken. Dort setzen sich bereits 30 Prozent aller festen organischen Stoffe als Schlamm ab. Er eignet sich zur Biogas-Gewinnung. Als zweite Stufe folgt das Belebtschlammverfahren: Mikroorganismen oxidieren zusammen mit Luft etliche leicht abbaubare Stoffe zu Kohlendioxid und Wasser. Eine chemische dritte Stufe, in der Phosphat gefällt wird, schließt sich an. Die Schritte reichen nicht aus, um stabile Arzneistoffe herauszufiltern oder zu zerstören. Deshalb haben findige Ingenieure eine vierte Stufe entwickelt.
Neue Technologien für sauberes Abwasser
Kläranlagen setzen mitunter Aktivkohlefilter, Membranverfahren oder Oxidationsschritte mit Ozon ein, um den Gehalt an Arzneistoffen zu verringern. Doch die Verfahren sind teuer; sie verschlingen auch viel Energie. Außerdem entstehen weitere Müllfraktionen.
Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher mehrere Technologien kombiniert, um Hormone zu entfernen. Abwasser wird zunächst per Druck durch Polymermembranen gepresst, um Mikroorganismen und sonstige nicht gelöste Verunreinigungen abzutrennen. Dahinter befindet sich eine Schicht aus Aktivkohle, die ursprünglich für Luftfilter entwickelt wurde. Ihre Oberfläche hat nicht nur eine besondere Affinität gegenüber Hormonen. Sie kann auch größere Mengen dieser Moleküle binden, verglichen mit herkömmlicher Aktivkohle. Im Experiment schafften es Forscher, bis zu 90 Prozent an Estron, Estradiol, Progesteron und Testosteron aus Wasserproben zu entfernen.
Als Alternative berichtet die TU Freiberg von Experimenten mit Alginit. Das Tonmineral ist vor vier bis fünf Millionen Jahren unter anderem aus Algen entstanden und hat – ähnlich wie Aktivkohle – eine große innere Oberfläche. Es bindet gleichermaßen hydrophile und lipophile Substanzen. 99,7 Prozent des weiblichen Hormons Estradiol können so entfernt werden. Alginit ist als Filterzusatz wesentlich kostengünstiger als Aktivkohle und lässt sich durch eine thermische Behandlung leicht regenerieren. Allerdings hat er eine deutlich geringere Oberfläche als Aktivkohle. Dafür bindet er effektiver. Warum nicht beide Materialien kombinieren? So ist schließlich ein Alginit-Aktivkohle-Filter entstanden.
Neben Adsorptionsmaterialien interessieren sich Labors der FH Münster für die oxidative Zerstörung von Pharmaka. Abwasser fließt durch einen großen Reaktionsbehälter mit pulverisiertem Titandioxid. Der Katalysator kann Moleküle erst abbauen, wenn UV-Strahlung ihn anregt. Im Unterschied zu Quecksilberhochdrucklampen gelten LED-Lichtquellen als besonders energiesparend und langlebig. Momentan untersuchen Experten, wie sich LEDs, Lichtleiter, Katalysator-Beschichtung und Geometrie des Reaktors optimieren lassen, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Auch hier werden die Arzneistoffe zu Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff oxidiert. /
