Fischkiemen als Vorbild für bionische Mikroplastikfilter

(06.10.2021) In der Waschmaschine wird nicht nur die Wäsche sauber, durch den Abrieb von Synthetikfasern gelangen mit dem Abwasser auch winzige Kunststoffpartikel in die Umwelt.

Biologen der Universität Bonn wollen zusammen mit dem Fraunhofer UMSICHT und der Firma Hengst nach dem Vorbild von Fischkiemen einen effizienten, nachhaltigen und haltbaren Waschmaschinenfilter entwickeln.

Das Projekt „FishFlow“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für ein Jahr mit rund 500.000 Euro gefördert, davon fließen rund 300.000 Euro an die Universität Bonn.


Das Team zum Projekt FishFlow an der Universität Bonn (von links): Dr. Hendrik Herzog, Christian Grünewald, Leandra Hamann und Prof. Dr. Alexander Blanke.

Mikroplastik kann negative Auswirkungen auf Organismen und Umwelt haben. Nach Schätzungen des Fraunhofer UMSICHT werden rund vier Kilogramm in Deutschland pro Person jährlich freigesetzt und gelangen über Luft, Boden und Gewässer auch in Organismen.

Eine Quelle ist die Waschmaschine: Pro Waschgang können mehrere hundert Milligram synthetische Mikrofasern je Kilogramm Wäsche in die Umwelt entweichen.

Im Fokus stehen deshalb Filtertechnologien, die die Verbreitung der unter fünf Millimeter kleinen Kunststoffteilchen unterbinden. Wissenschaftlerinnen und 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.

Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in Oberhausen und der Firma Hengst in Münster starten die Forschenden 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, davon fließen rund 300.000 Euro an die Universität Bonn.

Welche bionischen Filter sind am effizientesten?

“Wir haben verschiedene Fische hinsichtlich ihrer Kiemengeometrie vermessen”, berichtet Leandra Hamann, die im Team von Prof. Blanke promoviert. Aus diesen Werten erstellen die Forschenden Computermodelle der Kiemen, führen Simulationen durch und bauen sie am 3D-Drucker nach.

Daraus gewinnt das Team 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 Prototypen zu schaffen.

Da der Filter einen Beitrag zum Umweltschutz leisten soll, spielt auch die Nachhaltigkeit der Filterproduktion selbst eine wichtige Rolle: „Wir werden schon früh bei der Produktentwicklung eine Ökobilanz durchführen, um den ökologischen Nutzen zu bewerten“, sagt Dr. Ing. Ilka Gehrke vom Fraunhofer UMSICHT.

Suspensionsfresser zeigen, wie es geht

Leandra Hamann forscht schon seit Jahren an der Gruppe der “Suspensionsfresser”. Dabei handelt es sich um sehr 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.


Weitere Meldungen

In GEOMAR-Kulturkammern setzte Thea Hamm Miesmuscheln 42 Wochen lang verschiedenen Konzentrationen von Mikroplastik aus.; Bildquelle: Jan Steffen/GEOMAR

Mikroplastik stört Miesmuscheln kaum

Bilder von Seevögeln, die mit Plastikteilen im Magen verenden, rütteln auf. Wie sehr bedroht Kunststoffmüll das Leben im Ozean?
Weiterlesen

Die Aufnahme im Digitalmikroskop offenbart: eine Dornenkronenkoralle (Seriatopora hystrix) hat eine Faser in ihr Kalkskelett eingebaut; Bildquelle: Florian Hierl/Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung

Mikroplastik in Korallen

Wie Plastik das Leben im Ozean beeinträchtigt, ist eine der drängenden Fragen der Meeresforschung. Eine neue Studie des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) befasst sich mit der Auswirkung von Mikroplastik auf Korallen
Weiterlesen

Mikroskopaufnahme von Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk-Partikeln (EPDM). Die drei abgebildeten Partikel gehören zu den größten gefundenen Partikeln und sind etwa 700 bis 1000 Mikrometer lang.; Bildquelle: Hildebrandt et al. 2021

Mikroplastik in der Elbe

Ein Team aus Wissenschaftlern unter der Federführung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht – Zentrum für Material und Küstenforschung (HZG) hat zahlreiche Mikroplastikpartikel im Elbewasser bei Cuxhaven nachgewiesen
Weiterlesen

Nach Modellrechnungen gelangen aus urbanen Quellen pro Jahr 67 Billionen Mikroplastik-Partikel (die meist durch Zerfall von Makroplastik entstehen) in die Ostsee.; Bildquelle: F. Klaeger/IOW

Die Mikroplastik-Belastung der Ostsee: Neue Ansätze für Monitoring und Reduktionsmaßnahmen

Um die Belastung der Meere durch Mikroplastik zu erfassen, muss man dessen Menge und sein Verhalten kennen. Bislang ist dies nur unzureichend gegeben. Ein hoher analytischer Aufwand behindert die Bestimmung
Weiterlesen

Wolfsbarsch; Bildquelle: Alfred-Wegener-Institut / Mirko Boegner

Wolfsbarsch lagert kaum Mikroplastik im Muskelgewebe ein

Laborstudie: AWI-Forscher fütterten junge Wolfsbarsche monatelang mit plastikversetztem Futter, fanden anschießend aber kaum Kunststoffteilchen im Fischfilet
Weiterlesen

Joint Danube Survey

Joint Danube Survey 4 erfasst einen digitalen Fingerprint der Donau und Mikroplastik 

Der „Joint Danube Survey  4“ (JDS4) ist die weltweit umfangreichste Untersuchung eines großen Flusses und seiner Zubringer
Weiterlesen

Die Forscher bei der Analyse der Auslaugung von Plastik durch Sonneneinstrahlung; Bildquelle: S. Meinecke, UBA

Forscher schaffen Kategorien zur besseren Eindämmung von Mikroplastik

Die Ansammlung von Plastikmüll in der Natur ist ein globales Problem. Trotz der breiten Präsenz dieses Themas in Politik, Wissenschaft und Gesellschaft besteht kein Konsens darüber, wie Plastikmüll definiert und kategorisiert wird
Weiterlesen

PLASTRAT

Plastik in Binnengewässern: Verbundprojekt „PLASTRAT“ gestartet

Mikroplastik in Binnengewässern steht im Mittelpunkt eines neuen Forschungsprojektes unter Koordination der Universität der Bundeswehr München
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen