Lösung für Mikroplastik: Schallwellen als Filteranlage
Forschende haben einen Weg gefunden, winzige Kunststoffpartikel mechanisch aus dem Wasser zu filtern. Sie nutzen dafür Schallwellen. Das System könnte erheblich dazu beitragen, die Belastung mit Mikroplastik in der Umwelt zu reduzieren.
Kunststoff zersetzt sich im Wasser zu Mikroplastik.
Foto: panthermedia.net/Crevis
Mikroplastik stellt ein großes Problem dar. Diese Kunststoffpartikel, die kleiner als fünf Millimeter sind, gelangen übers Wasser in die Nahrungskette und wurden bereits mehrfach im menschlichen Körper nachgewiesen, unter anderem im Blut, in der Lunge und ganz aktuell sogar im Gehirn. Was der Kunststoff im Körper bewirkt, ist unklar.
Gefährlicher Plastikmüll: Mikropartikel erstmals im Blut gefunden
Plastik ist biologisch nicht abbaubar, zersetzt sich aber in winzige Bestandteile. Zusätzlich gelangt Mikroplastik unter anderem über den Abrieb von Autoreifen und das Abwasser in die Umwelt. Denn es löst sich beim Waschen aus kunststoffhaltiger Kleidung, steckt in Kosmetikartikeln und Reinigungsprodukten. Für herkömmliche Abwasser-Reinigungsanlagen sind die Kunststoffpartikel zu klein. In Filtern mit kleineren Maschen bleiben auch Sand und biologische Ablagerungen hängen – die Filter verstopfen leicht. Der Wartungsaufwand ist hoch, was die Kosten nach oben treibt. Japanische Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen haben daher einen anderen Ansatz ausprobiert: Sie haben mikrofluidische Geräte entwickelt, mit denen sie das Mikroplastik besser absammeln können.
Schallwellen steuern das Mikroplastik im Wasser
Bei dieser akustischen Technologie werden Ultraschallwellen erzeugt. Sie schieben das Mikroplastik, sehr vereinfacht ausgedrückt, in die Mitte des Flüssigkeitsstroms, wo es sich anreichert. Diese Idee haben bereits anderen Forschungsteams erfolgreich getestet. Allerdings war es bei den bisherigen Geräten so, dass die Flüssigkeit mehrfach durch das mikrofluide Gerät fließen musste, um eine ausreichende Menge Mikroplastik in der Mitte zu sammeln.
Die Forschenden haben jetzt ein System entwickelt, das über drei 1,5 Millimeter breite Mikrokanäle verfügt, die über vier serielle 0,7 Millimeter breite Dreifachverzweigungen verbunden sind. „Die Mikroplastikpartikel werden in der Mitte des mittleren Mikrokanals mithilfe einer akustischen Volumenwelle mit einer Resonanzfrequenz von 500 Kilohertz (kHz) ausgerichtet“, sagt Hiroshi Moriwaki von der Abteilung für Angewandte Biologie an der Fakultät für Textilwissenschaft und -technologie der Shinshu-Universität. „So kommt es zu einer 3,2-fachen Anreicherung von Mikroplastik an jeder Verbindungsstelle, was zu einer 105-fachen Gesamtanreicherung in der Vorrichtung führt.“
Während das Mikroplastik aus dem mittleren Zweig der dreifachen Verzweigung gesammelt wird, entfernen Techniker und Technikerinnen die Flüssigkeit aus den anderen Zweigen – sie ist nun weitgehend frei von Mikroplastik.
Hohe Sammelraten für winzige Mikroplastikpartikel
Die Forschenden haben die Gesamtsammelraten des Geräts gemessen, und zwar für Mikroplastikpartikel mit einem Durchmesser von 5, 10, 15, 25, 50 und 200 Mikrometer (μm). Die Sammelraten lagen in nahezu allen Fällen bei über 90%. Nur die kleinsten Partikel, deren Durchmesser unter 5 μm lag, waren zu klein, um von den Schallwellen akustisch kontrolliert zu werden.
Darüber hinaus testeten die Forscher das Gerät mit zwei Wasserprobenmischungen, eine mit kleinen Partikeln (25 bis 200 μm) und eine andere mit sehr kleinen Mikroplastikteilen (10 bis 25 μm). Die Sammelraten lagen zwischen 70% und 90%.
Ein Blick zurück: Wie Kunststoffe unsere Welt eroberten
Akustisches System könnte das Abwasser größtenteils von Mikroplastik reinigen
Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen haben zwar festgestellt, dass einige Mikroplastikpartikel durch die akustischen Schallwellen verlangsamt werden und die Mikrokanalwände des Geräts verstopfen, doch die Forschenden sind der Ansicht, dass diese geringfügigen Einschränkungen durch Vorfiltration und einige technische Anpassungen behoben werden können.
Akiyama ist daher überzeugt: „Dieses mikrofluidische Gerät, das auf akustischer Fokussierung basiert, kann effizient, schnell und kontinuierlich 10 bis 200 μm große Mikroplastikpartikelpartikel nach einer Vorfiltration durch ein Netz sammeln. Mehrere Durchgänge sind dafür nicht notwendig.“ Es könnte in Waschmaschinen, Industrie- und Abwasser-Reinigungsanlagen installiert werden.
Mehr lesen zum Thema Mikroplastik:
