Fischkiemen als Vorbild für bionische Mikroplastikfilter

Biologen der Universität Bonn wollen zusammen mit dem Fraunhofer UMSICHT und der Firma Hengst nach dem Vorbild von Fischkiemen einen effizienten, nachhaltigen und haltbaren Waschmaschinenfilter entwickeln.

Das Projekt „FishFlow“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für ein Jahr mit rund 500.000 Euro gefördert, davon fließen rund 300.000 Euro an die Universität Bonn.

Mikroplastik kann negative Auswirkungen auf Organismen und Umwelt haben. Nach Schätzungen des Fraunhofer UMSICHT werden rund vier Kilogramm in Deutschland pro Person jährlich freigesetzt und gelangen über Luft, Boden und Gewässer auch in Organismen.

Eine Quelle ist die Waschmaschine: Pro Waschgang können mehrere hundert Milligram synthetische Mikrofasern je Kilogramm Wäsche in die Umwelt entweichen.

Im Fokus stehen deshalb Filtertechnologien, die die Verbreitung der unter fünf Millimeter kleinen Kunststoffteilchen unterbinden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Bonn nehmen nun 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. Dr. Alexander Blanke vom Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn.

Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in Oberhausen und der Firma Hengst in Münster starten die Forschenden ein Projekt, mit dem die Strukturen der Fische nachempfunden werden sollen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für ein Jahr mit rund 500.000 Euro gefördert, davon fließen rund 300.000 Euro an die Universität Bonn.

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 Werten erstellen die Forschenden Computermodelle der Kiemen, führen Simulationen durch und bauen sie am 3D-Drucker nach.

Daraus gewinnt das Team Daten, 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. Ing. 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 Prozent aufweist.