Mikroplastik: Fischkiemen als Vorbild für Filter

Leandra Hamann filmt filtrierende Makrelen im Sea Life Oberhausen. Mit anderen Forschenden prüft sie, ob die Fische als Vorbild für einen Mikroplastik-Filter dienen können. Foto: Jan Hagenmeyer/Uni Bonn

Damit weniger Mikroplastik in die Umwelt gelangt, wollen Forschende nun nach dem Vorbild von Fischkiemen einen effizienten Waschmaschinenfilter entwickeln.

Durch den Abrieb von Synthetikfasern gelangen mit dem Abwasser der Waschmaschine auch winzige Kunststoffpartikel in die Umwelt, was durch einen Mikroplastikfilter für Waschmaschinen verhindert werden soll – als Vorbild dienen Fischkiemen.

Bei dem Forschungsprojekt „Fish Flow“ arbeiten Biologen der Universität Bonn, das Fraunhofer Umsicht und die Firma Hengst zusammen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für ein Jahr mit rund 500.000 EUR gefördert.

Waschmaschine als Quelle für Mikroplastik

Filtrierende Fische schwimmen mit geöffnetem Maul durch das Wasser, um kleine Partikel herauszufiltern. Foto: Leandra Hamann/Uni Bonn

Das Fraunhofer Umsicht schätzt, dass in Deutschland jährlich rund 4 kg Mikroplastik pro Person freigesetzt werden und über Luft, Boden und Gewässer auch in Organismen gelangen. Eine Quelle dabei ist die Waschmaschine: Pro Waschgang können durch Abrieb mehrere hundert Milligramm synthetische Mikrofasern je Kilogramm Wäsche in die Umwelt entweichen.

Effiziente Filtertechnologien gesucht

Im Fokus stehen deshalb Filtertechnologien, die die Verbreitung der unter 5 mm 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. Alexander Blanke vom Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn.

Zusammen mit dem Fraunhofer Umsicht in Oberhausen und der Firma Hengst in Münster starten die Forschenden ein Projekt, mit dem die Strukturen der Fische nachempfunden werden sollen.

Blick ins geöffnete Maul einer Sardelle: Die Kiemenbögen haben verlängerte Kiemenrechen mit Dentikeln und bilden so ein feines Sieb. Foto: Leandra Hamann/Uni Bonn

Fischkiemen als Vorbild für Simulationen

„Wir haben verschiedene Fische hinsichtlich ihrer Kiemengeometrie vermessen“, berichtet Leandra Hamann, die im Team von Prof. Blanke promoviert. Aus diesen Daten erstellen die Forschenden Computermodelle der Kiemen, führen Simulationen durch und bauen sie am 3D-Drucker nach. So kann ermittelt werden, welche Filtergeometrien am effizientesten sind. Anschließend werden die bionischen Modelle der Kiemenstrukturen im Strömungskanal und zuletzt in der Waschmaschine getestet.

Vom biologischen Vorbild zum technischen Prototyp

Das interdisziplinäre Forschungsteam kommt aus der Biologie, den Materialwissenschaften und den Ingenieurwissenschaften. Mit diesem umfangreichen Wissen soll der Transfer vom biologischen Vorbild zum technischen Prototyp geschafft werden.

Auch bei der Filterproduktion selbst wird auf Nachhaltigkeit geachtete, da der Filter einen Beitrag zum Umweltschutz leisten soll. „Wir werden schon früh bei der Produktentwicklung eine Ökobilanz durchführen, um den ökologischen Nutzen zu bewerten“, sagt Dr. Ilka Gehrke vom Fraunhofer Umsicht.

Tiere filtern Partikel aus Wasser

Bereits seit Jahren forscht Leandra Hamann an der Gruppe der Suspensionsfresser – dies sind 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, die sich einen Überblick über 35 verschiedene Filterfunktionsarten verschafft hat. 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 % aufweist.

kus