Fraunhofer CSP entwickelte Filtersystem für eine bessere Datenanalyse von Mikroplastik in Gewässern

16.7.2018

Mikroplastikpartikel im Wasser sind ein zunehmendes Problem für die Umwelt. Ein neues Filtersystem, mit dem sich die Belastung von Gewässern schneller und einfacher messen lässt, entwickelt das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP gemeinsam mit Partnern. Das Forschungsprojekt unter Federführung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) will eine Datenbasis schaffen, um die Belastung von Gewässern analysieren und anschließend verringern zu können.

Silizium Filter Mikroplastik
© Fraunhofer CSP

Lichtmikroskopische Aufnahme eines prototypischen Silizium-Filters nach der Laser-Mikrobearbeitung mit Porengrößen im Bereich von 50 µm Durchmesser.

Silizium makroporös Mikroplastik
© SmartMembranes GmbH

MakroPor, makroporöses Silizium, hält Mikroplastikpartikel zurück.

Der Eintrag von Mikroplastikpartikeln – also Plastikteilchen mit einer Größe von weniger als 1 Millimeter – in unser Ökosystem wird zunehmend problematischer. Doch wie gelangt Mikroplastik in Gewässer und Abwässer? Und wie kann es dort untersucht und nachgewiesen werden? Momentan fehlt eine verlässliche, wissenschaftliche Datenbasis über die Quellen, das Vorkommen sowie die Auswirkungen von Mikroplastikpartikeln auf die Umwelt.

Das Forschungsprojekt »Repräsentative Untersuchungsstrategien für ein integratives Systemverständnis von spezifischen Einträgen von Kunststoffen in die Umwelt (RUSEKU)«, das von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ins Leben gerufen wurde, will bis zum Jahr 2021 ein Untersuchungsverfahren entwickeln, mit dem sich der Partikeleintrag in Gewässer einheitlich und schneller messen lässt. Damit soll sich auch feststellen lassen, an welchen Orten eine besonders hohe Belastung von Gewässern durch Mikroplastik vorliegt.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP entwickelt im Rahmen des Verbundforschungsprojektes gemeinsam mit der SmartMembranes GmbH ein spezielles Filtersystem als wichtigen Baustein für ein einheitliches und unkompliziertes Verfahren zur Entnahme von Proben. Die Kaskaden-Filtrationsanlage soll spezielle Siliziumfilter mit definierten Lochdichten und -größen einsetzen, in denen die Plastikpartikel hängen bleiben.

»Wesentlich für tragfähige Aussagen über die Mengen von Mikroplastik im Grund-, Trink- sowie Schmutzwasser oder in Oberflächengewässern ist die Methodik für die Probenentnahme. Geplant ist eine Art Probenentnahme-Set, das dazu einen entscheidenden Beitrag leisten soll«, sagt Dr. Christian Hagendorf, der auf Seiten des Fraunhofer CSP für das Forschungsprojekt verantwortlich ist. »Mithilfe von Laser- und chemischen Ätzprozessen werden wir auf dem Siliziumträger passende Lochgrößen schaffen, in denen die Partikel zurückgehalten werden. Bei der späteren Analyse im Labor machen wir uns die chemische Zusammensetzung von Silizium zunutze, das in einem breiten Wellenlängenbereich des Infrarotlichtes im Transmissionsverfahren durchsichtig ist und darauf liegende Mikroplastikteilchen für die spektroskopische Messtechnik sichtbar macht«, sagt Hagendorf weiter.

Eine weitere wichtige Kenngröße für die Qualität der Filter ist die mechanische Festigkeit. Denn Lastzustände, die durch Wasserströmungen während der Probenentnahme verursacht werden, dürfen nicht zum Bruch der Filter führen. Außerdem müssen die Filter eine »smarte«, optimierte Lochgeometrie und Oberflächenbeschaffenheit besitzen. Ein weiteres Arbeitsziel ist es, zusammen mit den Partnern einen vorgeschriebenen Arbeitsablauf von der Probenahme über die Aufreinigung bis zur Analyse der Mikroplastikpartikel zu definieren. Durch »Smart Sampling« wird der Nachweis von Mikroplastik von der Probenahme bis zur Schnellanalytik perfekt abgestimmt.  

Das damit ermöglichte Verfahren zur effizienten und zuverlässigen Mikroplastik-Probenentnahme bietet eine Grundlage für Strategien und Regelungen, die helfen, Mikroplastik im Wasserkreislauf zu verringern. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und findet im Rahmen des Forschungsschwerpunktes »Plastik in der Umwelt« statt. Beteiligt sind neben dem Fraunhofer CSP sechs weitere wissenschaftliche Einrichtungen sowie drei mittelständische Unternehmen.