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Bionik: Natur liefert Vorbild für Mikroplastikfilter

Beispiel Mikroplastikfilter
Wie Bionik funktioniert

In der Waschmaschine wird nicht nur die Wäsche sauber. Durch den Abrieb von Synthetikfasern gelangen winzige Kunststoffpartikel in die Umwelt. Wissenschaftler wollen nun mit der Hengst SE nach dem Vorbild der Natur einen nachhaltigen Waschmaschinenfilter entwickeln. Das Bundesforschungsministerium fördert das Vorhaben.

Rund 500.000 Euro Fördergelder für ein Jahr ist das Projekt „FishFlow“ dem BMBF wert. Denn Mikroplastik kann negative Auswirkungen auf Organismen und Umwelt haben. Nach Schätzungen des Fraunhofer Umsicht werden rund 4 kg pro Person jährlich in Deutschland freigesetzt und gelangen über Luft, Boden und Gewässer auch in Organismen. Eine Quelle ist die Waschmaschine: Pro Waschgang können mehrere hundert Milligramm synthetische Mikrofasern pro Kilogramm Wäsche in die Umwelt entweichen.

Deshalb werden Filtertechnologien gesucht, um die Verbreitung der unter 5 mm kleinen Kunststoffteilchen zu unterbinden. Diese Aufgabe will ein Bündnis aus Wissenschaftlern der Universität Bonn mit dem Fraunhofer Umsicht und Filtrationsspezialist Hengst mit Hilfe der Bionik lösen. Die Bonner Biologen nehmen 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 den Partnern starten die Forschenden ein Projekt, mit dem die Strukturen der Fische nachempfunden werden sollen.

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 Daten erstellen die Forschenden Computermodelle der Kiemen, führen Simulationen durch und bauen sie am 3D-Drucker nach. Auf dieser Basis ermitteln sie dann, 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. 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 % aufweist. (os)

Wissenschaftlerin Leandra Hamann im Erklärvideo:

Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Tel.: 0208 8598–0
www.umsicht.fraunhofer.de

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