Austern-ähnliche Nanofaserfilter gegen Mikroplastik entwickelt
Ein Forschungsteam um Chemiker Christian Adlhart hat einen 3D-Nanofaserschwamm hergestellt, der Mikroplastik aus dem Wasser filtern kann. Inspiriert wurden die Forschenden durch Austern, die als natürliche Filter einen wichtigen Beitrag zur Reinigung des Meeres leisten.
Der Umgang mit Plastikverschmutzung stellt eine wachsende Herausforderung im Kampf gegen menschliche Umweltbelastung dar. Allein im Jahr 2010 gelangten laut einer Studie des Wissenschaftsmagazins Science 4,8 bis 12,7 Millionen Tonnen Plastikmüll aus 192 Küstenländern in die Ozeane. Plastikpartikel kleiner als 5 mm werden dabei als Mikroplastik definiert.
3D-Nanofaserschwämme eignen sich hervorragend als Filter für kleinste Partikel. Dank einem dreidimensionalen Netz aus hauchdünnen Fasern haben sie eine hohe Durchlässigkeit und gleichzeitig eine riesige Oberfläche, an der die Partikel haften bleiben. Die Fachgruppe Funktionsmaterialien und Nanotechnologie um Christian Adlhart ist spezialisiert auf 3D-Nanofaserfilter und setzt sie bereits verschiedentlich ein: zum Beispiel, um Aerosole aus der Luft zu filtern oder Wasser und Öl zu trennen.
Erstmals haben die Forschenden nun einen Nanofaserfilter entwickelt, der Mikroplastik aus dem Wasser filtern kann. Dafür verwendeten sie ein ungewöhnliches Material: Das Biomaterial Chitosan, das aus Schalen von Krustentieren stammt. «Die meisten heute verwendeten Filter bestehen aus Kunststoffen und verursachen neues Mikroplastik», so Adlhart: «Mit Chitosan verwenden wir einen biologisch abbaubaren Nebenstrom aus der Lebensmittelindustrie.»
Der neuartige Nanofaserschwamm wird in einer Auster-ähnlichen Filtrationsanlage eingesetzt. Austern gewinnen ihre Nahrung durch Filtration und ihr Potenzial zur Verbesserung der Wasserqualität wurde bereits eindrücklich durch künstliche Austernriffe wie das «Billion Oyster Project» in der Nähe von New York City demonstriert. Austern reinigen das Meerwasser, indem sie sich zusammenziehen und wieder ausdehnen und so Wasser durch ihren Verdauungsmuskel pumpen. Auch der Auster-ähnliche Nanofaserschwamm filtert das Wasser durch regelmässige Pumpbewegungen.
Zum Einsatz kommen könnte der Filter zum Beispiel in Waschmaschinen. Beim Waschen von kunstfaserhaltigen Kleidern entsteht sehr viel Mikroplastik und die Technologie könnte hier einiges bewirken. In der Studie reduzierte die klassische Filtration mit Chitosan- Nanofaserschwämmen die Mikroplastik-Konzentration um über 99 Prozent.
Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen der BioMat-Themenförderung des Departements N durchgeführt.
Publikation «A Chitosan Nanofiber Sponge for Oyster-Inspired Filtration of Microplastics»