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fibrEX: Zentrifugalfilter nutzt den Dichteunterschiede von Kunstfasern und Wasser. © Fraunhofer UMSICHT
fibrEX: Zentrifugalfilter nutzt den Dichteunterschiede von Kunstfasern und Wasser.
28.09.2023

Neuartiger Filter entfernt Kunstfaserabrieb aus Waschwasser

Um zu verhindern, dass Mikroplastik aus Waschmaschinen in die Umwelt gelangt, haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT den Zentrifugalfilter fibrEX entwickelt. Der flexibel integrierbare und wartungsfreie Filter trennt aus Waschwasser mikroskopisch kleine Kunstfasern ab. Aktuell werden potenzielle Partner für die letzten Schritte bis zur Markteinführung gesucht.

Textilien aus Kunstfasern wie Polyester und Elasthan halten Regen ab, sind strapazierfähig und dabei trotzdem elastisch. Ihr Anteil in hiesigen Kleiderschränken liegt bei über 60 Prozent liegt. Auch diese Kleidung muss gewaschen werden –im Fall von Sportbekleidung sogar sehr oft. Während des Waschvorgangs werden Fragmente der Kunstfasern abgerieben, die höchstens ein Fünftel so dick sind wie ein menschliches Haar. Aufgrund von Größe und Material zählen sie zu Mikroplastik, jenen mikroskopisch kleinen Kunststoffpartikeln, die – einmal in die Umwelt gelangt – nur schwer abbaubar sind.

Um zu verhindern, dass Mikroplastik aus Waschmaschinen in die Umwelt gelangt, haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT den Zentrifugalfilter fibrEX entwickelt. Der flexibel integrierbare und wartungsfreie Filter trennt aus Waschwasser mikroskopisch kleine Kunstfasern ab. Aktuell werden potenzielle Partner für die letzten Schritte bis zur Markteinführung gesucht.

Textilien aus Kunstfasern wie Polyester und Elasthan halten Regen ab, sind strapazierfähig und dabei trotzdem elastisch. Ihr Anteil in hiesigen Kleiderschränken liegt bei über 60 Prozent liegt. Auch diese Kleidung muss gewaschen werden –im Fall von Sportbekleidung sogar sehr oft. Während des Waschvorgangs werden Fragmente der Kunstfasern abgerieben, die höchstens ein Fünftel so dick sind wie ein menschliches Haar. Aufgrund von Größe und Material zählen sie zu Mikroplastik, jenen mikroskopisch kleinen Kunststoffpartikeln, die – einmal in die Umwelt gelangt – nur schwer abbaubar sind.

„Zwischen 20 und 35 Prozent des weltweit verbreiteten Mikroplastiks sind synthetische Mikrofasern aus Textilien. Synthetische Textilien sind demnach eine der größten Mikroplastik-Quellen und stehen im Fokus von Politik und Gesellschaft“, so Dr.-Ing. Ilka Gehrke, Leiterin der Abteilung Umwelt und Ressourcennutzung am Fraunhofer UMSICHT. Auf europäischer Ebene laufen bereits Prozesse zur Vorbereitung von Richtlinien gegen die Freisetzung von synthetischen Mikrofasern. „In Frankreich etwa dürfen ab 2025 keine Waschmaschinen ohne Mikrofaserfilter mehr in Verkehr gebracht werden.“

Bisher sind kaum Waschmaschinen mit entsprechenden Filtern auf dem kommerziellen Markt erhältlich. Und solche, die es zu kaufen gibt, halten zwar die Mikrofasern zurück, verlieren aber schnell an Leistung. Die Kleinstfasern werden am Filtermaterial zurückgehalten, bilden eine Deckschicht und führen so zur Verblockung des Filters. Im schlimmsten Fall kann kein Waschwasser mehr abfließen, sodass der Waschprozess zum Stillstand kommt.

Als Lösung dieses Problems haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT den kürzlich patentierten Zentrifugalfilter fibrEX entwickelt. Anders als ein Siebsystem, nutzt er die Dichteunterschiede von Kunstfasern und Wasser und trennt beim Schleudern die beiden Komponenten voneinander. Der Zentrifugalfilter kann sowohl in die Waschmaschine eingebaut als auch als externes Gerät betrieben werden; zum Betrieb wird keine weitere nennenswerte Energie benötigt.

Nach einer einjährigen Testphase im Waschlabor und technischen Optimierungen hält fibrEX nun dauerhaft und wartungsfrei mindestens 80 Prozent der synthetischen Mikrofasern aus dem Waschwasser zurück. Es werden Waschmaschinenhersteller gesucht, fibrEX gemeinsam zur Marktreife zu bringen.

(c) Hohenstein
fibres residues in wastewater
21.02.2023

New test method for textile microplastics

  • Standard assesses fibre release, biodegradation and ecotoxicity for the first time

Testing service provider Hohenstein has worked with the project partners Trigema, Freudenberg, DBL ITEX and Paradies to create a new standardized test method for detecting and classifying the environmental effects of textiles during washing. DIN SPEC 4872 combines analysis of fibre release, biodegradability and ecotoxicity. The test method according to DIN SPEC 4872 shows how many fibres are released during textile laundering, how well these fibres degrade in wastewater and how harmful the fibre residues are to the environment.

  • Standard assesses fibre release, biodegradation and ecotoxicity for the first time

Testing service provider Hohenstein has worked with the project partners Trigema, Freudenberg, DBL ITEX and Paradies to create a new standardized test method for detecting and classifying the environmental effects of textiles during washing. DIN SPEC 4872 combines analysis of fibre release, biodegradability and ecotoxicity. The test method according to DIN SPEC 4872 shows how many fibres are released during textile laundering, how well these fibres degrade in wastewater and how harmful the fibre residues are to the environment.

Studies have shown that washing textiles releases microfibres into the wash water, which cannot be sufficiently retained by wastewater treatment plants. Synthetic fibres pose the greatest risk to the environment because of their longevity and inability to biodegrade. However, Hohenstein project manager Juliane Alberts does not give the all-clear for biodegradable fibres and natural fibres: "Biodegradability alone does not mean that pure natural fibres, for example, are completely harmless to the environment. They, too, remain in ecosystems until they completely degrade and can also have a negative impact. In addition, additives, auxiliaries or finishes used in textile production can further slow the degradation process and leach into the environment."

The new standard enables textile producers and suppliers to test, evaluate and compare products for fibre release during washing and environmental impact. Juliane Alberts sees this systematic evaluation as an opportunity for the textile industry to take the initiative on environmental impact: "Our reliable data can be used as a basis for more targeted product development. This is a way to actively and consciously control further environmental pollution."

Foto: Stefan Brandt im Waschlabor der Hochschule Niederrhein
Stefan Brandt im Waschlabor der Hochschule Niederrhein.
13.02.2023

Waschmittel für weniger Mikroplastikabrieb in der Haushaltswäsche

Teile des Mikroplastik-Aufkommens in den Meeren stammt aus synthetischen Textilien, einzelne Studien gehen dabei von bis zu einem Drittel aus. Beim Waschen von Textilen, die aus Kunststofffasen wie Polyester hergestellt sind, lösen sich kleine Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 5mm. Um das Austreten von Mikroplastik zu reduzieren, hat Zara Home das Waschmittel "The Laundry by Zara Home" auf den Markt gebracht, das die Freisetzung von Mikroplastik textilen Ursprungs um bis zu 80 % reduziert. Forschende am Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein unterstützen bei der Entwicklung mit Prüfszenarien.

Auf dem Campus Mönchengladbach der Hochschule Niederrhein wird seit vielen Jahren im Wasch- und Filterlabor geforscht. Das Waschmittel wurde gemeinsam von Inditex und BASF Home Care and I&I Solutions in Spanien und Deutschland entwickelt. „Wir waren an der Quantifizierung der Ergebnisse beteiligt. Dafür haben wir 200 Waschgänge und verschiedene Prüfszenarien durchgeführt“, sagt Stefan Brandt, wissenschaftlicher Mitarbeiter am FTB.

Teile des Mikroplastik-Aufkommens in den Meeren stammt aus synthetischen Textilien, einzelne Studien gehen dabei von bis zu einem Drittel aus. Beim Waschen von Textilen, die aus Kunststofffasen wie Polyester hergestellt sind, lösen sich kleine Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 5mm. Um das Austreten von Mikroplastik zu reduzieren, hat Zara Home das Waschmittel "The Laundry by Zara Home" auf den Markt gebracht, das die Freisetzung von Mikroplastik textilen Ursprungs um bis zu 80 % reduziert. Forschende am Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein unterstützen bei der Entwicklung mit Prüfszenarien.

Auf dem Campus Mönchengladbach der Hochschule Niederrhein wird seit vielen Jahren im Wasch- und Filterlabor geforscht. Das Waschmittel wurde gemeinsam von Inditex und BASF Home Care and I&I Solutions in Spanien und Deutschland entwickelt. „Wir waren an der Quantifizierung der Ergebnisse beteiligt. Dafür haben wir 200 Waschgänge und verschiedene Prüfszenarien durchgeführt“, sagt Stefan Brandt, wissenschaftlicher Mitarbeiter am FTB.

Die Kleidungsstücke werden dafür mit dem Waschmittel in verschiedenen Programmen gewaschen. Nach jedem Waschvorgang wird das Abwasser aufgefangen und analysiert. „Die Versuche zeigen, dass wir tatsächlich weniger Mikroplastik im Abwasser vorfinden konnten, als bei der Verwendung des beigestellten Vergleichsproduktes“, sagte Stefan Brandt.

Das Waschmittel hat laut den Entwicklern einen weiteren Vorteil: Es kann bei niedriger Temperatur eingesetzt werden. Dadurch kann die Waschtemperatur von 40°C auf 20°C verringert werden. Das spart Energie und senkt den ökologischen Fußabdruck.

„Das Problem „faseriges Mikroplastik“ muss auf allen Ebenen angegangen werden. Durch gezielte Faserauswahl, schonende Verarbeitung und auch kontrollierte Zwischenreinigung der Textilien, kann der Gehalt an Mikroplastik minimiert werden. In der Wäsche sollten die Emissionen ebenfalls reduziert werden, auch wenn Kläranlagen in Deutschland ca. bis zu 95 Prozent dieser Partikel zurückhalten. Hierzu leistet das neue Waschmittel einen Beitrag“, sagt Prof. Dr. Maike Rabe, Leiterin des Forschungsinstituts für Textil und Bekleidung der Hochschule Niederrhein (FTB).

Source:

Hochschule Niederrhein

Foto: Sandra Altherr, Pixabay
03.03.2022

Mikroplastik im Meer: Ganzes Ausmaß noch immer nicht absehbar

Anlässlich der 5. UNEA (The United Nations Environment Assembly)-Konferenz in Nairobi, die am 2. März 2022 zu Ende ging und auf der eine Resolution zur Aufnahme der Verhandlungen für eine globale Plastikkonvention verabschiedet wurde, fordert der »Runde Tisch Meeresmüll« eine schnelle Reduktion des Eintrags von Mikroplastik in Nord- und Ostsee. In einem aktuellen Themenpapier unter Federführung des Fraunhofer UMSICHT zeigt der Runde Tisch zahlreiche Möglichkeiten auf, wie weniger Mikroplastik ins Meer gelangen kann. Dazu gehört, den Reifenabrieb zu verringern, emissionsärmere Textilien zu entwickeln beziehungsweise diese vorzuwaschen oder schärfere Vorschriften auf Baustellen für Dämmstoffe. Plastik im Meer ist eines der drängendsten Probleme auch für Nord- und Ostsee. Es wird in allen Bereichen der deutschen Meere nachgewiesen und kann die Fortpflanzungsfähigkeit und Fitness von Meereslebewesen insbesondere an der Basis des marinen Nahrungsnetzes beeinträchtigen. Das Gesamtausmaß sowohl von Menge wie Auswirkungen sei allerdings aufgrund unzureichender Untersuchungs- und Analyseverfahren noch nicht absehbar, so der Bericht.

Anlässlich der 5. UNEA (The United Nations Environment Assembly)-Konferenz in Nairobi, die am 2. März 2022 zu Ende ging und auf der eine Resolution zur Aufnahme der Verhandlungen für eine globale Plastikkonvention verabschiedet wurde, fordert der »Runde Tisch Meeresmüll« eine schnelle Reduktion des Eintrags von Mikroplastik in Nord- und Ostsee. In einem aktuellen Themenpapier unter Federführung des Fraunhofer UMSICHT zeigt der Runde Tisch zahlreiche Möglichkeiten auf, wie weniger Mikroplastik ins Meer gelangen kann. Dazu gehört, den Reifenabrieb zu verringern, emissionsärmere Textilien zu entwickeln beziehungsweise diese vorzuwaschen oder schärfere Vorschriften auf Baustellen für Dämmstoffe. Plastik im Meer ist eines der drängendsten Probleme auch für Nord- und Ostsee. Es wird in allen Bereichen der deutschen Meere nachgewiesen und kann die Fortpflanzungsfähigkeit und Fitness von Meereslebewesen insbesondere an der Basis des marinen Nahrungsnetzes beeinträchtigen. Das Gesamtausmaß sowohl von Menge wie Auswirkungen sei allerdings aufgrund unzureichender Untersuchungs- und Analyseverfahren noch nicht absehbar, so der Bericht.

Das neue Themenpapier stellt konkrete Maßnahmen vor, um den Plastikeintrag ins Meer zu verringern.
Mikroplastik stellt ein komplexes Umweltproblem dar. Es kann als direktes Mikroplastik in die Umwelt gelangen oder während der Nutzung durch Abrieb entstehen. Zur ersten Gruppe gehören zum Beispiel Kunstraseninfills oder Pelletverluste. Zur zweiten Gruppe zählen unter anderem Reifen- und Straßenabrieb, die Verwitterung von Farben und Beschichtungen, Verluste aus Dämmstoffen und die Faserfreisetzung aus Textilien. Die Reduktion von Kunststoffemissionen ist daher durch einzelne Maßnahmen nicht zu erreichen, sondern nur durch ein breites Bündel an Aktionen.

Das Papier des »Runden Tischs Meeresmüll« beruht auf den Ergebnissen einer dreiteiligen Workshopreihe, die vom Umweltbundesamt und Fraunhofer UMSICHT gemeinsam mit den Mitgliedern der Unterarbeitsgruppe zu Mikroplastik des Runden Tisches Meeresmüll organisiert wurde. Es zeigt, dass bei den Quellen und den freigesetzten Mengen noch immer auch auf Abschätzungen vertraut werden muss. Der Runde Tisch fordert daher weitere vertiefende empirische Untersuchungen, um zu belastbaren Zahlen zu kommen.

Stefanie Werner, Meeresschutzexpertin im Umweltbundesamt und Geschäftsführerin des Runden Tisch Meeresmüll: »Um das Mikroplastikproblem zu bekämpfen ist insbesondere die Kunststoffindustrie gefragt. Sie sollte Sorge tragen, die notwendigen vertiefenden Untersuchungen hinsichtlich der freigesetzten Mengen von Mikroplastik durchzuführen, um dem Vorsorge- und Verursacherprinzip zu entsprechen und so zur Lösung des zu großen Teilen durch sie verursachtem Umweltproblems beizutragen.«

28 konkrete Maßnahmen für den Meeresschutz
Jürgen Bertling von Fraunhofer UMSICHT, Korrespondenzautor des Themenpapiers: »Die Reduktion von Kunststoffemissionen ist durch singuläre Maßnahmen kaum zu erreichen, sondern erfordert zahlreiche inter- und transdisziplinäre Zugänge. Ähnlich wie bei den Erkenntnisgewinnen zum Klimawandel über die letzten Jahrzehnte werden auch bei den Kunststoffemissionen, die mit ihnen zusammenhängenden Wirkungen erst langsam verstanden. In beiden Fällen spricht die schiere Menge der Emissionen, aber für einen vorsorgenden Umweltschutz.«

Der Bericht des Runden Tisches Meeresmüll schlägt zu diesem Zweck 28 konkrete Maßnahmen vor. Besonders hohe Relevanz für den Meeresschutz haben dabei:

  • Verringerung der Freisetzung von Mikroplastik aus Reifenabrieb durch Anpassung von Verkehrskonzepten und neue Reifenmaterialien;
     
  • Entwicklung emissionsärmerer Textilien und besserer Verarbeitungstechnologien sowie Vorwaschen von Textilien;
     
  • Verminderung der Einträge der besonders leichten und damit mobilen Polystyrolschaumstoffe aus der Bauwirtschaft durch Schärfung der Vorgaben zur Verwendung und Verarbeitung von Dämmstoffen und Einsatz von temporären Niederschlagsfiltern um Baustellen;
     
  • Verbesserung der Regenwasserbehandlung als zentralem Eintragspfad für nicht intendiertes Mikroplastik bspw. durch Bodenretentionsfilter;
     
  • Reduzierung des Einsatzes von Kunststoffen in umweltoffenen Anwendungen in der Meeres-/Küstenumwelt (z.B. Geotextilien, Korrosionsschutz von Offshore-Installationen);
     
  • Ausstattung des bestehenden freiwilligen Konzepts der Kunststoffindustrie »Operation Clean Sweep« mit einer extern validierten Zertifizierung für Pellets von Kunststoff-Werkstoffen (Granulate, Flakes, Grieß oder Pulver);
     
  • Regulierung von bewusst zugesetztem Mikroplastik und Entwicklung und Implementierung von Normen und Standards, um für bestimmte Produkte und Materialien die biologische Abbaubarkeit auch unter marinen Bedingungen sicherzustellen.

Runder Tisch Meeresmüll
Der Runde Tisch Meeresmüll steht unter der Schirmherrschaft des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz, des Niedersächsischen Ministeriums für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz und des Umweltbundesamtes

Source:

Umweltbundesamt und Fraunhofer UMSICHT

(c) ZAMG/Niedermoser
Scientists ascending to the research station in the Hohe Tauern National Park
01.02.2022

Plastic snowfall in the Alps - New Empa Study about nanoplastic in the environment

In a new study, Empa researcher Dominik Brunner, together with colleagues from Utrecht University and the Austrian Central Institute for Meteorology and Geophysics, is investigating how much plastic is trickling down on us from the atmosphere. According to the study, some nanoplastics travel over 2000 kilometers through the air. According to the figures from the measurements about 43 trillion miniature plastic particles land in Switzerland every year. Researchers still disagree on the exact number. But according to estimates from the study, it could be as much as 3,000 tonnes of nanoplastics that cover Switzerland every year, from the remote Alps to the urban lowlands. These estimates are very high compared to other studies, and more research is needed to verify these numbers

The study is uncharted scientific territory because the spread of nanoplastics through the air is still largely unexplored.

In a new study, Empa researcher Dominik Brunner, together with colleagues from Utrecht University and the Austrian Central Institute for Meteorology and Geophysics, is investigating how much plastic is trickling down on us from the atmosphere. According to the study, some nanoplastics travel over 2000 kilometers through the air. According to the figures from the measurements about 43 trillion miniature plastic particles land in Switzerland every year. Researchers still disagree on the exact number. But according to estimates from the study, it could be as much as 3,000 tonnes of nanoplastics that cover Switzerland every year, from the remote Alps to the urban lowlands. These estimates are very high compared to other studies, and more research is needed to verify these numbers

The study is uncharted scientific territory because the spread of nanoplastics through the air is still largely unexplored.

The scientists studied a small area at an altitude of 3106 meters at the top of the mountain "Hoher Sonnenblick" in the "Hohe Tauern" National Park in Austria.
Every day, and in all weather conditions, scientists removed a part of the top layer of snow around a marker at 8 AM and carefully stored it. Contamination of the samples by nanoplastics in the air or on the scientists' clothes was a particular challenge. In the laboratory, the researchers sometimes had to remain motionless when a colleague handled an open sample.

The origin of the tiny particles was traced with the help of European wind and weather data. The researchers could show that the greatest emission of nanoplastics into the atmosphere occurs in densely populated, urban areas. About 30% of the nanoplastic particles measured on the mountain top originate from a radius of 200 kilometers, mainly from cities. However, plastics from the world's oceans apparently also get into the air via the spray of the waves. Around 10% of the particles measured in the study were blown onto the mountain by wind and weather over 2000 kilometers – some of them from the Atlantic.

It is estimated that more than 8300 million tonnes of plastic have been produced worldwide to date, about 60% of which is now waste. This waste erodes through weathering effects and mechanical abrasion from macro- to micro- and nanoparticles. But discarded plastic is far from the only source. Everyday use of plastic products such as packaging and clothing releases nanoplastics. Particles in this size range are so light that their movement in the air can best be compared to gases.

Besides plastics, there are all kinds of other tiny particles. From Sahara sand to brake pads, the world is buzzing through the air as abrasion. It is as yet unclear whether this kind of air pollution poses a potential health threat to humans. Nanoparticles, unlike microparticles, do not just end up in the stomach. They are sucked deep into the lungs through respiration, where their size may allow them to cross the cell-blood barrier and enter the human bloodstream. Whether this is harmful or even dangerous, however, remains to be researched.

Source:

Empa, Noé Waldmann

Zuse-Gemeinschaft: Mit gutem Auge für gefährliche Teilchen (c) Gerhardt/GNF
Mikroplastik an einem Filterkorn aus porösem Keramikmaterial (angeschliffen), sichtbar gemacht durch Farbstoff und UV-Anregung im Fluoreszenzmikroskop.
10.02.2021

Zuse-Gemeinschaft: Mit gutem Auge für gefährliche Teilchen

  •  Wie Berliner Forscher mit digitaler Technik Mikroplastik aufspüren und analysieren

Beim Kampf gegen Mikroplastik in der Umwelt drängt die Zeit. Forschende aus der Zuse-Gemeinschaft beschreiten mit innovativen Monitoring- und Analysetools neue Wege bei der Erfassung und Bestimmung von Kunststoffabfällen. „Mikroplastik finden und vermeiden“ fokussiert auf den Nachweis von Mikroplastik in Gewässern.

Jahr für Jahr gelangen laut einer Schätzung des Weltwirtschaftsforums (WEF) mindestens acht Millionen Tonnen Kunststoffabfälle in die Weltmeere. Einmal dort angelangt, zersetzen sich diese, sofern Gegenmaßnahmen fehlen, schrittweise zu gefährlichem Mikroplastikpartikeln (MPP). Während die Verschmutzung rapide wächst, ist der MPP-Nachweis verhältnismäßig zeitaufwändig. So muss für die heutigen Analysemethoden wie spezielle Infrarot-Spektrometer das Mikroplastik in mehreren Schritten aus der Probe isoliert werden.

Zu einer deutlichen Verkürzung der Analysezeit für Mikroplastik will Tobias Gerhardt, Chemiker an der Berliner Gesellschaft zur Förderung der naturwissenschaftlich-technischen Forschung (GNF) kommen.

  •  Wie Berliner Forscher mit digitaler Technik Mikroplastik aufspüren und analysieren

Beim Kampf gegen Mikroplastik in der Umwelt drängt die Zeit. Forschende aus der Zuse-Gemeinschaft beschreiten mit innovativen Monitoring- und Analysetools neue Wege bei der Erfassung und Bestimmung von Kunststoffabfällen. „Mikroplastik finden und vermeiden“ fokussiert auf den Nachweis von Mikroplastik in Gewässern.

Jahr für Jahr gelangen laut einer Schätzung des Weltwirtschaftsforums (WEF) mindestens acht Millionen Tonnen Kunststoffabfälle in die Weltmeere. Einmal dort angelangt, zersetzen sich diese, sofern Gegenmaßnahmen fehlen, schrittweise zu gefährlichem Mikroplastikpartikeln (MPP). Während die Verschmutzung rapide wächst, ist der MPP-Nachweis verhältnismäßig zeitaufwändig. So muss für die heutigen Analysemethoden wie spezielle Infrarot-Spektrometer das Mikroplastik in mehreren Schritten aus der Probe isoliert werden.

Zu einer deutlichen Verkürzung der Analysezeit für Mikroplastik will Tobias Gerhardt, Chemiker an der Berliner Gesellschaft zur Förderung der naturwissenschaftlich-technischen Forschung (GNF) kommen.

In einem seit Anfang 2020 laufenden, vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Verbundprojekt zur Entwicklung von Mikroemulsionen für die Analytik von MPP und Biofilmen arbeitet sein Team zusammen mit der Universität Bayreuth, der Firma mibic und anderen Partnern daran, durch den gezielten Einsatz von Farbstoffen die Analyse von Mikroplastik zu verbessern und zu beschleunigen. „Durch die Auswahl spezieller Farbstoffe ist es möglich, in der Analyse bestimmte Kunststoffklassen wie z.B. Nylon, PET oder Polypropylen (PP) nur anhand der Fluoreszenzfarbe zu unterscheiden, wodurch wir die Analysezeiten massiv verkürzen können“, sagt Gerhardt. Die Forschenden wollen die Analysezeiten von mehreren Wochen auf einen bis wenige Tage reduzieren. Sichtbar werden die Mikroplastikteilchen dann mit ultraviolettem Licht unter dem Fluoreszenz-Mikroskop.

Farbstoffe für Mikroemulsionen
Eine Herausforderung für die Forschenden: Die Mikroplastikteilchen in der Analyse mit den Farbstoffen optisch von ihrer organischen Umgebung zu trennen. Denn an den Kunststoffpartikeln bilden sich in Gewässern schnell Biofilme und generell enthalten Umweltproben häufig viel organisches Material. Um die notwendige optische Trennung zu erreichen, nutzt Gerhardt in den wässrigen Lösungen, die er untersucht, die Eigenschaften von besonderen Mizellsystemen, und zwar von sogenannten Mikroemulsionen. Das sind dreidimensionale, zusammengelagerte Aggregate aus Tensidmolekülen, in die er Farbstoffe einbringt. Die Mizellen dienen als Transportmittel, um den Farbstoff direkt zum Plastik zu transportieren und dieses dann einzufärben.

„Mit den Mikroemulsionen die wir entwickelt haben, können wir Mikroplastik mit hoher Selektivität einfärben“, erläutert der GNF-Experte. Ein häufiges Problem beim Einfärben von Mikroplastik mit anderen Methoden ist, dass häufig auch biologische Bestandteile der Probe wie Holz und andere Pflanzenreste eingefärbt werden. „Da wir das Mikroplastik nicht nur oberflächlich anfärben, können alle störenden Anfärbungen von biologischem Material wieder abgewaschen werden und nur das Mikroplastik fluoresziert im UV-Licht“, so Gerhardt. Auf diese Weise will das GNF-Team innerhalb kurzer Zeit die Belastung an Mikroplastikpartikeln in einer Probe bestimmen. Die Kunststoffreste, denen die GNF-Wissenschaftler auf der Spur sind, reichen vom Millimeter großen Partikel bis in den Mikrometer-Bereich, der winzigste Teilchen von wenigen Tausendstel Millimeter Größe erfasst.

„Flocki“ für die Wasserwirtschaft
Im optimalen Fall wird Kunststoff in Gewässern gar nicht erst so klein oder aber im Klärwerk erfasst. Um im Klärwerk kleinste Schmutzpartikel im Mikrometerbereich filtern zu können, setzt die Wasserwirtschaft so genannte Flockungsmittel ein, welche die Partikel binden, damit diese zunächst Mikro- und dann Makropartikel bilden. Für deren Dosierung gibt es noch kein industriell etabliertes Verfahren und bekanntlich hilft viel nicht immer viel. Die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI e.V.), wie die GNF in Berlin-Adlershof ansässig, hat deshalb im vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt „Flocki“ zusammen mit einem Industriepartner ein bildbasiertes Messsystem zur optimalen Dosierung für den Einsatz von Flockungsmitteln entwickelt. Es lässt sich auch für Mikroplastik einsetzen. Aus dem Projekt ist ein Aufnahmesystem hervorgegangen, an dem das Schmutzwasser direkt vorbei transportiert und im Anschluss die Aufnahmen analysiert und die Partikel vermessen werden. „Von den aufgezeichneten Bildern mit den sichtbar gemachten Partikeln und Flocken können wir Rückschlüsse auf die nötige Dosierung ableiten“, erklärt GFaI-Experte Martin Pfaff. Neben dem Aufnahmesystem zur Erfassung des Schmutzwassers, spielt der Schwellwertalgorithmus zur Erkennung der Partikel eine zentrale Rolle bei der Auswertung.

Eigene Berechnungen für kleine Bildbereiche
Anders als in der klassischen Digitalfotografie greift der Algorithmus im Projekt „Flocki“ nicht für das ganze Bild, sondern bezieht sich auf viele kleine Bildbereiche, für die jeweils eigene Berechnungen stattfinden. „So lassen sich im Klärwerk unabhängig vom Verschmutzungs- und Flockungsgrad die Agglomerate im Mikrometerbereich zuverlässig aufspüren und gleichzeitig die Dosierung der Flockungsmittel optimieren“, erklärt Pfaff. Dreh- und Angelpunkt des Systems ist jedoch neben dem Aufnahmesystem die Verwendung geeigneter Messparameter, die sich im Forschungsprojekt als aussagekräftig herauskristallisiert haben. Sie beschreiben die Formveränderungen der Partikel über die gesamte Messung und lassen Rückschlüsse über den jeweils aktuellen Dosiergrad zu. Mit ihrer Hilfe kann somit die Beigabe des Flockungsmittels automatisiert werden.

Seitens der GFaI ist man bereit für eine Kommerzialisierung der Technik. „Angesichts der nötigen und voranschreitenden Digitalisierung in der Wasserwirtschaft versprechen wir uns viel von der Technik. Sie kann zu verbesserter Rohstoffeffizienz und zu einem hohen Umweltschutzniveau beim Vermeiden auch des Eintrags von Mikroplastik in Gewässer beitragen“, erklärt GFaI-Abteilungsleiter Frank Püschel.

„Forschende aus Instituten der Zuse-Gemeinschaft nutzen interdisziplinär ihre Expertise aus Chemie, Informatik und Umweltwissenschaften, um die von Mikroplastik ausgehenden Gefahren für die Umwelt einzudämmen“, erklärt der Geschäftsführer der Zuse-Gemeinschaft, Dr. Klaus Jansen.

Source:


Zuse-Gemeinschaft

Professorin Ellen Bendt Foto: Octavian Carare
Professorin Ellen Bendt
20.12.2019

Mikroplastik-Ausstoß beim Textilwaschen: Hochschule Niederrhein stellt erste Projektergebnisse vor

Das Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung der Hochschule Niederrhein forscht daran, wie beim Waschen von synthetischen Textilien der Ausstoß von Partikeln, die kleiner als fünf Millimeter sind, verringert werden kann. Denn diese Mikroplastik genannten Partikel können über den Weg der Wäsche in die Kläranlagen, Klärschwämme und Oberflächengewässer in die Weltmeere gelangen. Jetzt haben Forscherinnen aus Mönchengladbach auf einer Konferenz in Brüssel erste Ergebnisse vorgestellt.

Auf dem Campus Mönchengladbach der Hochschule Niederrhein ist ein Wasch- und Filterlabor aufgebaut, mit dessen Hilfe der Einfluss des Waschverhaltens auf den Mikroplastikausstoß untersucht wird. Ein Ergebnis: Während der ersten Waschgänge eines neuen Kleidungsstücks werden die meisten Mikropartikel freigesetzt. „Dies deutet darauf hin, dass sich häufig noch aus der Produktion stammende lose Faserfragmente im Produkt befinden, die erst bei der Haushaltswäsche ausgetragen werden“, sagte Professorin Ellen Bendt.

Das Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung der Hochschule Niederrhein forscht daran, wie beim Waschen von synthetischen Textilien der Ausstoß von Partikeln, die kleiner als fünf Millimeter sind, verringert werden kann. Denn diese Mikroplastik genannten Partikel können über den Weg der Wäsche in die Kläranlagen, Klärschwämme und Oberflächengewässer in die Weltmeere gelangen. Jetzt haben Forscherinnen aus Mönchengladbach auf einer Konferenz in Brüssel erste Ergebnisse vorgestellt.

Auf dem Campus Mönchengladbach der Hochschule Niederrhein ist ein Wasch- und Filterlabor aufgebaut, mit dessen Hilfe der Einfluss des Waschverhaltens auf den Mikroplastikausstoß untersucht wird. Ein Ergebnis: Während der ersten Waschgänge eines neuen Kleidungsstücks werden die meisten Mikropartikel freigesetzt. „Dies deutet darauf hin, dass sich häufig noch aus der Produktion stammende lose Faserfragmente im Produkt befinden, die erst bei der Haushaltswäsche ausgetragen werden“, sagte Professorin Ellen Bendt.

Ein möglicher Lösungsansatz könnte ein der Herstellung unmittelbar angeschlossener Verarbeitungsschritt (z.B. Vorwäsche oder Vortrocknung) sein. Eine Vortrocknung hätte mehrere Vorteile: Die für den Verkauf wichtige Haptik und das Volumen der neuen Kleidungsstücke würde weniger stark beeinflusst als bei einer Wäsche. Diese Lösung würde zu Beginn des Produktlebenszyklus greifen.

Auch für Verbraucher während der Nutzungsphase gibt es Tipps. Einer ist: Die Waschmaschine immer so voll wiemöglich zu beladen. „Der niedrigste Eintrag von Mikroplastik in die aquatische Umwelt lässt sich bei einer voll beladenen Waschmaschine und anschließender Trocknung im Trockner beobachten“, erklärte Ellen Bendt.

Die Hochschule Niederrhein forscht nicht nur an den Ursachen für Mikroplastikverlust, sondern auch an der Entwicklung von Sport- und Outdoortextilien, die von Anfang an einen geringeren Mikroplastikausstoß aufweisen. Malin Obermann, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Projekt, erläuterte zwei Ansätze auf verschiedenen Stufen der textilen Produktionskette.

„Während des Strickprozesses in den Produktionshallen der Hersteller von Flächenkonstruktionen gibt es eine starke Belastung durch Mikroplastik. Erste Versuche mit unserer institutseigenen Großrundstrickmaschine zeigen, dass die Veränderung von zwei Maschinenparametern zu einer signifikanten Senkung des Partikelausstoßes führen kann“, sagte Obermann. Wenn das Ausgangsmaterial später von den Konfektionären zu Fleece-Jacken und -Pullovern zusammengefügt wird, gibt es ebenfalls erfolgversprechende Hebel.

Source:

Hochschule Niederrhein