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StartseiteForschung aktuellTeilchenfänger für Mikroplastik im Wasser15.04.2021

HybridkieselgelTeilchenfänger für Mikroplastik im Wasser

In Gewässern und Böden weltweit sammeln sich immer mehr winzige Teilchen aus Plastik. Welche Folgen das für Natur und Gesundheit hat, ist noch weitgehend unklar. Ein Forschungsteam hat jetzt einen speziellen Teilchenfänger entwickelt, um Mikroplastik aus Gewässern und Abwässern zu entfernen.

Von Andrea Hoferichter

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Umweltverschmutzung durch Mikroplastik  (dpa / Zoonar.com / Maximilian Buzun)
Als Mikroplastik werden Kunststoffstückchen bezeichnet, die kleiner als fünf Millimeter sind (dpa / Zoonar.com / Maximilian Buzun)
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Wenn Wasser in die Kanalisation strömt, reisen oft winzige Plastikpartikel mit. Sie herauszufischen, ist das Ziel von Kathrin Schuhen. Die promovierte Chemikerin und ihr Team von der gemeinnützigen GmbH Wasser 3.0 haben dafür einen besonderen Teilchenfänger entwickelt.

"Also wir brauchen keine seltenen Erden, wir arbeiten mit Edelstahl und wirklich einem sehr einfachen, modular skalierbaren Aufbau."

Das Herzstück ist ein übermannshoher Stahlkessel, in dem ein Rührer rund 2.000 Liter Abwasser oder Meerwasser mit ein paar Millilitern eines Hybridkieselgels vermischt. Das Gel basiert auf Quarzsand und wirkt wie ein chemischer Kleber auf die winzigen Plastikteilchen. Es vernetzt sie zu größeren, popcornähnlichen Klumpen, die sich dann an der Wasseroberfläche sammeln.

"Die Agglomerate werden umso größer, je mehr Zeit Sie in Ihrem Prozess haben. In der Kläranlage muss es schneller gehe. Das heißt, da werden die Agglomerate so ungefähr einen Zentimeter groß. Wir haben aber auch tischtennisballgroße Agglomerate geformt, die dann entsprechend abgetrennt werden können."

Kunstrasen, teilweise aufgerollt (picture alliance / blickwinkel/fotototo | fotototo) (picture alliance / blickwinkel/fotototo | fotototo)Mikroplastik auf Kunstrasenplätzen
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Die Klumpen lassen sich zum Beispiel mit einem Sieb abfischen oder automatisiert mit einem Skimmer in einen Sammelbehälter schieben. Anschließend könnten sie etwa als Füllstoffe in der Zement- und Betonindustrie genutzt werden, sagt Kathrin Schuhen. Das Kieselgel-Verfahren sei ökotoxikologisch unbedenklich und habe sich in verschiedenen Kläranlagen ebenso bewährt wie bei der Reinigung von Industrieabwässern und Ostseewasser. Der Anteil der Mikroplastikpartikel, die entfernt werden, sei hoch, sagt die Forscherin. "Wir liegen bei 95 Prozent, reproduzierbar für den Zu- und Ablauf unseres Reaktorsystems."

Kieselgel-Verfahren passgenau zuschneiden

Schaltet man mehrere Kessel parallel oder in Reihe, lassen sich außerdem beliebig große Wassermengen behandeln. "Skalierung nach oben hin: komplett offen." Von der Stange ist das Kieselgel-Verfahren allerdings nicht zu haben. Schließlich ist Mikroplastik nicht gleich Mikroplastik. Kunststoffkrümel können aus dem Zerfall größerer Plastikteile stammen, aus dem Abrieb von Autoreifen, aus Kleidungsfusseln und von Unternehmen, die Kunststoffe produzieren oder verarbeiten.

"Wir machen zuerst eine sehr umfangreiche Analytik, um eben dann auch die passgenaue Größe, als auch die passende Lösung, sprich: Hybridkieselgel, bereitstellen können. Weil: Das Wasser ist immer unterschiedlich und auch die Mikroplastikkonzentration unterschiedlich. Sie finden nicht das gleiche Mikroplastikpartikel zweimal in der Umwelt."

Es ist nicht die einzige Methode, mit der sich Mikroplastik schon heute entfernen lässt. Membran- oder Nanofilter für die Trinkwasseraufbereitung zum Beispiel sind besonders wirksam, allerdings auch teuer und wartungsintensiv. Beutel für die Waschmaschine und siebartige Filter für Industrie- und Haushaltsabwässer funktionieren ebenfalls. Sie halten alle Teilchen zurück, die größer als ihre Poren sind. Das Problem: Sehr kleine Löcher bremsen das Wasser und sie verstopfen schnell.

Verstopfungsgefahr entschärfen

Die Verstopfungsgefahr wollen Fraunhofer-Forscher um Andrea Lanfermann künftig mit einem sogenannten Zyklonfilter entschärfen: eine zylinderförmige Folie mit zehn Mikrometer kleinen Löchern.

"Um diesen Filter herum bewegt sich ein Rotor, der durch den Unterdruck einen Sog erzeugt, sodass diese Partikel, die sich festhängen würden, gar nicht darankommen. Das heißt, die werden immer noch weiter um den Filter herumrotiert."

Wie gut das nicht nur im Labor, sondern auch in echtem Abwasser funktioniert, ist allerdings noch unklar. Das Gleiche gilt für Verfahren, die Mikroplastik chemisch zu Kohlendioxid und Wasser oxidieren, etwa durch Zugabe von Wasserstoffperoxid, das auch beim Blondieren hilft, oder mithilfe von Elektroden, mit denen die oxidierenden Stoffe direkt im Abwasser erzeugt werden.

Damit neue Verfahren eine Chance haben und ausgereifte Technologien möglichst bald umfassend genutzt werden, ist auch der Gesetzgeber gefragt. Vorgaben für Mikroplastikemissionen ins Abwasser gibt bisher nicht. Geht es nach Kathrin Schuhen, könnte der Teilchenfang schon morgen beginnen. "Wir sind startklar," sagt die Forscherin.

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