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Fischkiemen als Vorbild Makrelen für die Waschmaschine? Team forscht an neuen Mikroplastik-Filtern

Redakteur: Christian Lüttmann

Wäschewaschen macht die Kleidung sauber, aber das Wasser dreckig – nicht nur mit dem Schmutz der Wäsche, sondern auch mit abgeriebenen Fasern von Synthetik-Stoffen. So gelangen zusätzliche Mikroplastikpartikel ins Meer. Das sollen in Zukunft neue Filtersysteme nach dem Vorbild von Fischkiemen verhindern, an denen ein Team der Uni Bonn forscht.

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Doktorandin Leandra Hamann filmt filtrierende Makrelen im Sealife Oberhausen.
Doktorandin Leandra Hamann filmt filtrierende Makrelen im Sealife Oberhausen.
(Bild: Jan Hagenmeyer/Uni Bonn)

Bonn, Oberhausen, Münster – Mikroplastik ist neben dem Klimawandel eines der größten Umweltprobleme unserer Zeit. Schätzungen des Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik „Umsicht“ werden rund vier Kilogramm in Deutschland pro Person jährlich freigesetzt und gelangen über Luft, Boden und Gewässer auch in Organismen. Eine von vielen Quelle ist die Waschmaschine: Pro Waschgang können mehrere hundert Milligramm synthetische Mikrofasern je Kilogramm Wäsche in die Umwelt entweichen.

Deshalb sind Filtertechnologien gefragt, die die Verbreitung der unter fünf Millimeter kleinen Kunststoffteilchen unterbinden. Wissenschaftler der Universität Bonn nehmen nun das Maul von Fischen als biologisches Vorbild für neuartige Filter. „Es gibt viele filtrierende Tiere, aber der Apparat der Fische, von den Kiemenbögen bis zur Weiterleitung der Nahrung in den Verdauungstrakt, weist im Vergleich die höchste Ähnlichkeit zu den Verhältnissen in der Waschmaschine auf“, sagt Prof. Dr. Alexander Blanke vom Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn.

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Zusammen mit dem Fraunhofer Umsicht in Oberhausen und der Firma Hengst in Münster starten die Forscher ein Projekt, mit dem die Strukturen der Fische nachempfunden werden sollen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für ein Jahr mit rund 500.000 Euro gefördert.

Welche Kiemen filtern am besten?

Die ersten Schritte sind bereits getan. „Wir haben verschiedene Fische hinsichtlich ihrer Kiemengeometrie vermessen“, berichtet Leandra Hamann, die im Team von Blanke promoviert. Aus diesen Werten erstellen die Forschern Computermodelle der Kiemen, führen Simulationen durch und bauen sie am 3D-Drucker nach. Daraus gewinnen die Wissenschaftler Daten, welche Filtergeometrien am effizientesten sind. Die bionischen Modelle der Kiemenstrukturen werden dann im Strömungskanal und zuletzt in der Waschmaschine getestet.

Das interdisziplinäre Forschungsteam kommt aus der Biologie, den Materialwissenschaften und den Ingenieurwissenschaften, um den Transfer vom biologischen Vorbild zum technischen Prototyp zu schaffen. Da der Filter einen Beitrag zum Umweltschutz leisten soll, spielt auch die Nachhaltigkeit der Filterproduktion selbst eine wichtige Rolle: Die Forscher werden deshalb schon früh bei der Produktentwicklung eine Ökobilanz aufstellen, um den ökologischen Nutzen zu bewerten.

Die Könige der Suspensionsfresser

Das Tierreich als Vorbild für Filter zu nehmen, ist eine naheliegende Strategie, die sich nicht nur auf Fische beschränkt. Doktorandin Hamann forscht schon seit Jahren an der Gruppe der „Suspensionsfresser“. Dabei handelt es sich um verschiedene Organismen, von Schwämmen über Fische bis zu Flamingos. „Die Strategien, wie diese Tiere Partikel aus dem Wasser filtern, sind sehr unterschiedlich“, sagt die Wissenschaftlerin. Sie hat sich einen Überblick über 35 verschiedene Filterfunktionsarten verschafft. Die Fische schnitten dabei am vielversprechendsten ab und sollen nun als Vorbilder für die neuartigen Filter dienen. Ziel des Forschungsteams ist ein Filter, der möglichst lange hält, nachhaltig gefertigt ist und eine Rückhalteeffizienz von mehr als 90 Prozent aufweist.

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