Filtersystem für eine bessere Datenanalyse von Mikroplastik in Gewässern

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, entwickelte ein Untersuchungsverfahren, mit dem sich der Partikeleintrag in Gewässer einheitlich und schneller messen lässt. Damit sollte sich auch feststellen lassen, an welchen Orten eine besonders hohe Belastung von Gewässern durch Mikroplastik vorliegt.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP entwickelte 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 setzt spezielle Siliziumfilter mit definierten Lochdichten und -größen ein, in denen die Plastikpartikel hängen bleiben.

»Wesentlich für die Beurteilung über die Mengen von Mikroplastik im Grund-, Trink- sowie Schmutzwasser oder in Oberflächengewässer ist die Methodik für die Probenentnahme. Geplant ist eine Art Probenentnahme-Set, das dazu einen entscheidenden Beitrag leisten soll«, sagte Dr. Christian Hagendorf, Wissenschaftler am Fraunhofer CSP und Verantwortlicher im Forschungsprojekt.

»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 Verbundforschungsprojekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Forschungsschwerpunktes »Plastik in der Umwelt« gefördert. Beteiligt waren neben dem Fraunhofer CSP sechs weitere wissenschaftliche Einrichtungen sowie drei mittelständische Unternehmen.