Forschende der Universität Bonn haben einen Mikroplastik-Filter entwickelt, der sich am Kiemenreusensystem filtrierender Fische orientiert. In ersten Tests entfernt er mehr als 99 % der Mikroplastikfasern aus dem Waschwasser. Die Technologie wurde bereits zum Patent angemeldet und soll künftig in Waschmaschinen integriert werden.

Mikroplastik aus Textilien als relevante Quelle

Waschmaschinen gelten als bedeutende Quelle für Mikroplastik: In einem Vier-Personen-Haushalt können jährlich bis zu 500 Gramm Mikrofasern durch Textilabrieb freigesetzt werden. Diese gelangen mit dem Abwasser in Kläranlagen und über den Klärschlamm häufig weiter in landwirtschaftliche Böden.

„Die bislang erhältlichen Filtersysteme haben aber verschiedene Nachteile. Einige von ihnen setzten sich schnell zu, andere haben keine ausreichende Filterwirkung“, so Dr. Leandra Hamann vom Institut für organismische Biologie der Universität Bonn.

Vorbild aus der Natur: Filtrierende Fische

Das Forschungsteam der Universität Bonn suchte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen sowie unter der Beteiligung des Fraunhofer UMSICHT nach Lösungen im Tierreich. Dabei betrachteten sie Fischarten, die sich mittels Filtration ernähren, wie Makrelen, Sardinen oder Sardellen.

„Wir haben uns den Bau dieses Systems genauer angesehen und nach diesem Vorbild einen Filter entwickelt, der sich in Waschmaschinen einsetzen lässt“, sagte Dr. Alexander Blanke, der Mitglied in den transdisziplinären Forschungsbereichen „Life & Health“ sowie „Sustainable Futures“ an der Universität Bonn ist.

Trichterform und Maschengewebe als Filterprinzip

Filtrierende Fische nutzen ein effizientes Kiemenreusensystem, das der Querstrom-Filtration ähnelt: Ein trichterförmiger Aufbau mit einer durchlässigen, fein strukturierten Wand trennt Partikel vom Wasser. Die Filterwand wird von kammartigen Rechen gebildet, deren kleine Zähnchen ein regelmäßiges Maschengewebe formen.

„Bei der Nahrungsaufnahme strömt das Wasser durch die durchlässige Trichter-Wand, wird gefiltert, und das partikelfreie Wasser wird durch die Kiemen wieder in die Umgebung abgegeben. Das Plankton ist dazu allerdings zu groß; es wird durch die natürliche Siebstruktur zurückgehalten. Dank der Trichterform rollt es dann Richtung Schlund und sammelt sich dort, bis der Fisch schluckt und dadurch das System entleert und reinigt“, erläutert Blanke.

Filterleistung und technische Umsetzung

In Labortests erreichte der entwickelte Filter eine Abscheideleistung von über 99 %. Die Forschenden kombinierten Versuche mit Computersimulationen, um optimale Parameter wie Maschengröße der Siebstruktur und Öffnungswinkel des Trichters zu identifizieren. Entscheidend sei, dass auch bei hoher Belastung keine Verstopfung auftritt.

Sammlung und Entsorgung der Mikrofasern

Das im Filter abgeschiedene Mikroplastik sammelt sich am Ausgang der Trichterstruktur und wird dort in kurzen Intervallen automatisch abgesaugt. Innerhalb der Waschmaschine lässt sich das Material verdichten, sodass nur ein kleines, wasserfreies Pellet verbleibt, das über den Restmüll entsorgt werden kann. Damit wäre der Filter wartungsarm und für Verbrauchende einfach zu handhaben.

Gesundheitliche Bedeutung von Mikroplastik

Der Bedarf an wirksamen Filtertechnologien ist groß: Mikroplastik wurde bereits in Muttermilch, Plazentagewebe und sogar im Gehirn nachgewiesen. Die Eindämmung des Eintrags aus Haushaltsgeräten gilt daher als ein wichtiger Baustein im Gesundheits- und Umweltschutz.

Beteiligte Institutionen und Förderung

Die Universität Bonn und das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT beteiligen sich an der Studie. Sie meldeten die Technologie in Deutschland bereits zum Patent an. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und der European Research Council (ERC) fördern die Arbeiten.

Das Transfer-Center enaCom der Universität Bonn und PROvendis GmbH, Dienstleister des NRW-Hochschulverbunds für Wissens- und Technologietransfer, unterstützen den Schutz und die Vermarktung.