Aus der Branche

Textilien sind beim Tiefbau selbstverständlich: Sie stabilisieren Wasserschutzdämme, verhindern, dass schadstoffhaltige Abwässer von Abfalldeponien abfließen, erleichtern die Begrünung von erosionsgefährdeten Böschungen und machen sogar Asphaltschichten von Straßen dünner. Bisher werden dafür Textilien aus hochbeständigen synthetischen Fasern eingesetzt, die sehr lange haltbar sind. Für einige Anwendungen wäre es jedoch nicht nur ausreichend, sondern sogar wünschenswert, dass das Hilfstextil im Boden abgebaut wird, wenn es seinen Dienst erfüllt hat. Umweltfreundliche Naturfasern verrotten wiederum häufig zu schnell. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) entwickeln eine biobasierte Schutzbeschichtung, die deren Lebensdauer verlängert.

Je nach Feuchte und Temperatur können sich Naturfaserwerkstoffe in wenigen Monaten oder sogar wenigen Tagen in der Erde abbauen. Damit die Abbauzeit deutlich verlängert wird und diese auch für Geotextilien eingesetzt werden können, forscht das Denkendorfer Team an einer Schutzbeschichtung. Diese Beschichtung auf Basis von Lignin ist ihrerseits biologisch abbaubar und erzeugt kein Mikroplastik im Boden. Lignin ist zwar biologisch abbaubar, aber dieser Abbau braucht in der Natur sehr lange.

Lignin bildet zusammen mit Cellulose die Baumaterialien für Holz und ist der „Klebstoff“ im Holz, der diesen Verbundstoff zusammenhält. Bei der Papierherstellung wird in der Regel nur die Cellulose genutzt, so dass Lignin in großen Mengen als Abfallstoff anfällt. Es bleibt sogenanntes Kraft-Lignin als schmelzbarer Stoff zurück. Mit thermoplastischen Werkstoffen kann die Textilfertigung gut umgehen. Insgesamt eine gute Voraussetzung, Lignin als Schutzbeschichtung für Geotextilien unter die Lupe zu nehmen.

Lignin ist von Natur aus spröde. Deshalb ist es erforderlich, das Kraft-Lignin mit weicheren Biowerkstoffen zu mischen. Diese neuen Biopolymercompounds aus sprödem Kraft-Lignin und weicheren Biopolymeren wurden im Forschungsprojekt über angepasste Beschichtungssysteme auf Garne und textile Flächen aufgetragen. Dazu wurden zum Beispiel Baumwollgarne mit Lignin in unterschiedlicher Auftragsmenge beschichtet und bewertet. Die Prüfung des biologischen Abbaus wurde mit Hilfe von Erdeingrabtests sowohl in einer Klimakammer mit genau nach Norm definierter Temperatur und Feuchtigkeit als auch im Freien unter den realen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Mit positivem Ergebnis: Die Lebensdauer von Textilien aus Naturfasern können mit einer Ligninbeschichtung um viele Faktoren verlängert werden: Je dicker die Schutzbeschichtung, desto länger hält der Schutz an. Bei den Freilandversuchen war die Ligninbeschichtung auch nach etwa 160 Tagen Eingrabzeit noch vollständig intakt.

Mit Lignin beschichtete Textilmaterialien ermöglichen nachhaltige Anwendungen. So verfügen sie über eine einstellbare und für bestimmte geotextile Anwendungen ausreichend lange Lebensdauer. Zudem sind sie immer noch biologisch abbaubar und können bei einigen Anwendungen, wie zum Beispiel der Begrünung von Graben- und Bachböschungen, die bislang verwendeten synthetischen Materialien ersetzen.

Damit haben mit Lignin beschichtete Textilien das Potenzial, den CO₂-Fußabdruck deutlich zu reduzieren: Sie verringern die Abhängigkeit von erdölbasierten Produkten und vermeiden die Bildung von Mikroplastik im Boden.

Um den bisherigen Abfallstoff Lignin als neuen Wertstoff bei industriellen Herstellungsprozessen in der Textilbranche zu etablieren, sind weitere Forschungsarbeiten notwendig.

Die Forschungsarbeiten wurden vom Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg im Rahmen der Landesstrategie Nachhaltige Bioökonomie Baden-Württemberg unterstützt.

Das 16. Symposium TEXTILE FILTER des Sächsischen Textilforschungsinstituts e.V. (STFI) fand am 14. und 15. März 2023 im Hotel Chemnitzer Hof, Chemnitz, statt. Mussten vor drei Jahren wegen coronabedingter Reisebeschränkungen noch einige Vorträge über Videokonferenz gehalten werden, konnten in diesem Jahr knapp 100 Teilnehmer in Präsenz vor Ort sein. Im Rahmen des Symposiums wurden insgesamt 18 Vorträge und vier Pitch-Vorträge gehalten. Parallel wurde das Symposium von einer Fachausstellung begleitet, in der zehn Aussteller ihre Produkte und Services zeigten.

Der erste Vortragskomplex widmete sich den Themen Nachhaltigkeit, Kreislaufwirtschaft und Life Cycle Analysis (LCA). Herausgestellt wurde dabei, dass zum Vergleich der Prozesse, Materialien und Produkte die nationale und internationale Normung und Standardisierung sowie für die wirtschaftliche Durchführung die Automatisierung der LCA grundlegende Voraussetzungen sind. Außerdem wurde klargestellt, dass ein ehrlicher Vergleich der existierenden Vor- und Nachteile der biobasierten gegenüber den erdölbasierten Rohstoffen erforderlich ist.

Während der Coronakrise kam es auch in der Textilindustrie zu einem Zusammenbruch der Lieferketten. Die Lieferketten erholen sich, dafür wird die Wirtschaft gegenwärtig durch eine Energiekrise gebeutelt. Alternative Energiequellen wie Wasserstoff sind leider noch nicht ausgereift und stehen für eine umfassende Nutzung nicht bereit. Ansätze, um Energie einzusparen, sind Minimalauftragsverfahren in der Ausrüstung, die Wärmerückgewinnung, das Recycling oder die Einsparung von Verpackungen für den Transport.

Ein weiter Themenkomplex des Symposiums widmete sich der Normung und Standardisierung der Filterprüfungen. Zu erwähnen sind hier die Prüfung von Luftfiltern in Kombination mit Brandschutz für Züge, die Prüfung von Luftfiltern für Haushalt, öffentliche Räume und Industrieanlagen oder die Entwicklung von Labortestverfahren zur beschleunigten Alterungsprüfung von mobilen Entstaubungsanlagen.

Mehrere Vorträge hatten die Modellierung und Simulation von Prozessen der Vliesstoffherstellung (z. B. die virtuelle Produktion, Beeinflussung der Wolkigkeit von Extrusionsvliesstoffen oder die Verteilung von Spinnfasern und -filamenten), den Aufbau und die Charakteristik von Filtervliesstoffen (z. B. Flächenstruktur, Druckverlustkurve, Partikeltransport und -adsorption) sowie die Aerosolverteilung bzw. die Filtereffektivität in Abhängigkeit der Platzierung der Luftfilter im Raum zum Inhalt.

Auf dem Symposium wurden zudem auch verschiedene neue Materialien und Produkte vorgestellt. Dabei sind besonders hervorzuheben:

• Flüssigkeitsgefüllte Hohlfasern für die Abwasserreinigung
• Neue Spezialpapiere für Luftwärmeüberträger, bei dem ein kräuselfähiges Mikro-/Nanofasermu-
• ltifilamentgarn mit Einzelfaserdurchmessern von < 1,0 μm Fasern nach dem Island-in-the-Sea Schmelzspinnverfahren hergestellt werden
• 3D-Absorbervliesstoffe mit integrierter Gassensorik (PAKs) für die Schutzbekleidung von Einsatzkräften im Bereich Feuerwehr
• Getuftete Filterstrukturen kombiniert mit leitfähigen Interdigitalstrukturen für die Luftfiltration
• Kompakte Luftfilterelemente und deren Optimierung
• Einsatz von Ionisatoren für die Aerosolabscheidung im Filter

Abschließend stellte das STFI in eigener Sache geplante bzw. bereits realisierte Investitionen vor, die die technisch/technologische Basis und die Prüfkompetenz des Institutes erweitern. In Kurzvorträgen wurde die Errichtung einer Nassvliesanlage mit 600 mm Arbeitsbreite vorgestellt, die besonders für den Filterbereich und das Forschungsfeld Textilrecycling neue Entwicklungen ermöglichen wird. Für den Bereich Nähwirktechnik wurde eine neue Maliwatt- Maschine mit optimierter Arbeitsstelle investiert. Die Errichtung eines Prüfstandes für FFP2-Masken, der auch für die Prüfung von Filtern eingesetzt werden kann, erweitert die Prüfkompetenz des Hauses erheblich. Sein variabler Aufbau ermöglicht auch die Prüfung von neuentwickelten Vliesstoffen, deren Konstruktion durch Simulation optimiert wurde.

Mikroplastik reichert sich aufgrund seiner Langlebigkeit in der Meeresumwelt an. Es gelangt in Nahrungsnetze und ist eine potenzielle Gefahr für Meeresorganismen. Das  Institut für Fischereiökologie hat in Nord- und Ostsee untersucht, in welchem Maße Fische Mikroplastik aufnehmen und im Labor getestet, ob Fische durch Mikroplastikfasern geschädigt werden.

Die Belastung der Meeresumwelt mit Plastikabfällen ist ein vielschichtiges Problem. Kunststoffe sind in der Regel langlebig und werden im Meer nur langsam abgebaut. Allerdings werden sie durch UV-Bestrahlung und Biofouling porös und dann durch mechanische Einwirkung zerkleinert. Dabei entsteht Mikroplastik, was ebenfalls nur langsam weiter zersetzt wird. Mikroplastik kann allerdings auch direkt in die Meere eingetragen werden, z. B. über die Luft oder mit unzureichend geklärten Abwässern. Eine Form von Mikroplastik-Partikeln, die aktuell in der Umwelt am zahlreichsten gefunden werden, sind mikroskopisch kleine Fasern, die bei der Herstellung und dem Waschen von kunststoffhaltigen Textilien in die Umwelt gelangen.

Am Thünen-Institut wurden deshalb mögliche Belastungen von Fischen durch Plastikabfälle genauer untersucht. In einem vom BMEL geförderten Projekt (PlasM) wurde erforscht, wieviel Mikroplastik tatsächlich in Wildfischen vorhanden ist. Dazu wurden Fische, insbesondere Klieschen, eine Plattfischart, in der Nord- und Ostsee bei Routinebefischungen beprobt. Aus den Verdauungstrakten der Fische wurden Proben extrahiert und mittels Spektrometrie auf Plastikrückstände untersucht. Tatsächlich ließen sich Mikroplastikpartikel (meist Polypropylen) in Verdauungstrakten der Fische nachweisen. Typische Befunde zeigten allerdings weniger als 10 Mikroplastikpartikel pro Fisch.

Diese Untersuchungen belegen, dass Fische in ihrer marinen Umwelt Mikroplastik aufnehmen. Die relativ niedrige Anzahl von Mikroplastikpartikeln pro Fisch deutet aber darauf hin, dass Mikroplastik nicht im Verdauungstrakt von Fischen angereichert wird und die Partikel ausgeschieden werden.

Um das genauer zu überprüfen, wurde im Laborexperiment Fischfutter mit Mikroplastik-Fasern versetzt und an Dreistachlige Stichlinge verfüttert. Dabei wurden die Mikroplastikfasern in relativ niedrigen und umweltnahen Konzentrationen, zum anderen aber auch in sehr hohen Konzentrationen in das Futter gemischt. So sollte geprüft werden, ob das Wachstum oder die Gesundheit der Fische beeinträchtigt werden könnte, wenn die Belastung der Meere mit Mikroplastik weiter zunimmt. Zum Vergleich wurde außerdem noch Futter mit Zusätzen natürlicher Fasern (Baumwolle) und Futter ganz ohne Faserzusatz verfüttert.

Nach neun Wochen Fütterung wurden die Fische gründlich untersucht. Die inneren Organe wurden gewogen und auf mögliche pathologische Veränderungen hin inspiziert. Zusätzlich wurden den Fischen Immunzellen entnommen, um mögliche Entzündungsreaktionen im Darm feststellen zu können. Interessanterweise zeigten sich bei allen vorgenommenen Untersuchungen keine Unterschiede, unabhängig davon, ob Futter mit wenig oder viel Mikroplastikfasern, mit Naturfasern oder ohne Faserzusatz verwendet wurde. Mikroskopische Kot-Untersuchungen zeigten, dass sowohl die Mikroplastikfasern als auch die Baumwollfasern den Fischdarm passierten und mit dem Kot abgegeben werden. Die fehlenden Effekte auf das Wachstum und die Gesundheit der untersuchten Fische weisen darauf hin, dass die Fische von den hier verwendeten Mikroplastikfasern im Futter nicht beeinträchtigt wurden.

Mikroplastik könnte nicht nur durch die Aufnahme mit der Nahrung, sondern auch durch seine Anwesenheit im Wasser, also von außen, auf Fische wirken. Besonders empfindliche biologische Prozesse wie die Befruchtung der Fischeier und die Entwicklung der Embryonen in den Eiern könnten betroffen sein. Dies wurde in einem weiteren Versuch mit Dreistachligen Stichlingen untersucht. Von laichbereiten Weibchen wurden die Eier abgestreift und anschließend mit Spermien versetzt. Im Wasser findet dann unmittelbar die Befruchtung statt und die Eier beginnen sich zu entwickeln. In dem Experiment wurden bereits während der Befruchtung der Eier Mikroplastikfasern ins Wasser gegeben und die Entwicklung bis zum frühen Larvenstadium nach dem Schlupf beobachtet. Auch bei diesem Experiment zeigten sich keine negativen Effekte. Befruchtungs- und Schlupfraten waren gleich hoch, auch wenn sich Mikroplastikfasern an den Eischalen anhafteten. Auch Messungen der Herzschlagfrequenz der frisch geschlüpften Larven ergaben keine Hinweise auf Wirkungen der Fasern.

In einer Folgestudie wurden am Institut in Filets das Muskelgewebe von Stichlingen untersucht, die zuvor mit Mikroplastik-Partikeln gefüttert wurden. Ein Übergang der Partikel in das Filet konnte nicht nachgewiesen werden. Dies steht in Einklang mit zahlreichen anderen Studien, die zu ähnlichen Ergebnissen kommen. Insgesamt ergaben die Untersuchungen keine Hinweise darauf, dass die Gesundheit von Fischen oder ihr essbarer Anteil durch Mikroplastikpartikel in den gegenwärtig vorhandenen Konzentrationen im Meer beeinträchtigt werden.

Link zur Studie

In der Waschmaschine wird nicht nur die Wäsche sauber. Durch den Abrieb von Synthetikfasern gelangen mit dem Abwasser auch winzige Kunststoffpartikel in die Umwelt. Biologinnen und 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.

Im Fokus stehen 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. Alexander Blanke vom Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn.

Zusammen mit dem Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen und der Firma Hengst in Münster starten die Forschenden ein Projekt, mit dem die Strukturen der Fische nachempfunden werden sollen.

Ziel des Forschungsteams ist ein Filter, der möglichst lange hält, nachhaltig gefertigt ist und eine Rückhalteeffizienz von mehr als 90 Prozent aufweist.