Verschmutzung durch Plastik aufsaugen

Sep 07, 2023

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Schwämme. Gibt es etwas, was sie nicht tun können? Seit Jahrtausenden verwenden Menschen getrocknete Naturschwämme zum Reinigen, zum Malen und als Gefäße für die Aufnahme von Flüssigkeiten wie Wasser oder Honig. wir haben sie sogar als Verhütungsmittel verwendet. Ob synthetisch oder natürlich, Schwämme sind hervorragend darin, winzige Partikel in ihren vielen Poren einzufangen. Und wie Wissenschaftler auf der ganzen Welt zeigen, könnten Schwämme aufgrund ihrer mit Hohlräumen gefüllten Form eine Lösung für eine der größten Geißeln unserer Zeit sein: die Mikroplastikverschmutzung.

Im August veröffentlichten Forscher in China eine Studie, in der sie die Entwicklung eines synthetischen Schwamms beschrieben, der mit mikroskopisch kleinen Plastikresten kurzen Prozess macht. In Tests zeigen die Forscher, dass, wenn eine speziell vorbereitete, mit Kunststoff gefüllte Lösung durch einen ihrer Schwämme gedrückt wird, dieser sowohl Mikroplastik als auch kleinere Nanoplastiken aus der Flüssigkeit entfernen kann. Diese Partikel bleiben typischerweise in den vielen Poren des Schwamms hängen. Obwohl die Wirksamkeit der Schwämme in Experimenten schwankte, teilweise abhängig von der Konzentration des Plastiks sowie dem Säure- und Salzgehalt der Flüssigkeit, konnten die Forscher unter optimalen Bedingungen bis zu 90 Prozent des Mikroplastiks entfernen. Sie probierten es in allem, von Leitungs- und Meerwasser bis hin zu – warum nicht – Suppe aus einem örtlichen Imbiss.

Die plastikfressenden Schwämme bestehen größtenteils aus Stärke und Gelatine. Die biologisch abbaubaren Schwämme sehen ein wenig aus wie große weiße Marshmallows und sind so leicht, dass die Blütenblätter der Pflanze beim Balancieren auf einer Blüte aufrecht und unnachgiebig bleiben, was sie nach Ansicht der Forscher günstig und leicht zu transportieren machen dürfte. Im Inneren sieht die Struktur der Schwämme weniger wie viele kleine blasenartige Hohlräume aus, sondern eher wie eine gezackte Oberfläche.

Laut Guoqing Wang, einem Materialchemiker an der Ocean University of China und Mitautor des Papiers, ist die Schwammformel anpassbar. Durch die Anpassung der Temperatur beim Mischen der beiden Verbindungen, sagt er, können die Schwämme mehr oder weniger porös gemacht werden. Dies wirkt sich auf die Größe der gesammelten Partikel aus – hochporöse Schwämme haben viele sehr kleine Poren, was sich gut zum Auffangen sehr kleiner Partikel eignet.

Die Schwämme könnten, falls jemals im industriellen Maßstab hergestellt, laut Wang in Kläranlagen zum Filtern von Mikroplastik aus dem Wasser oder in Lebensmittelproduktionsanlagen zur Dekontamination von Wasser eingesetzt werden.

Es wäre auch möglich, solche Mikroplastik-auffangenden Schwämme in Waschmaschinen einzusetzen, schlägt Christian Adlhart vor, Chemiker an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften in der Schweiz, der auch mit der Entwicklung von Schwammfiltern zum Sammeln von Mikroplastik experimentiert hat. Einige Mikroplastikpartikel gelangen in die Gewässer, nachdem sie von synthetischen Stoffen abgestoßen werden, wenn sie in der Wäsche herumgewirbelt werden. „So einen Schwamm könnte man in die Trommel legen“, sagt Adlhart. „Ich denke, es würde einen großen Teil der Fasern absorbieren.“

Schwämme wie dieser funktionieren dank eines Duos von Mechanismen, fügt er hinzu. Wenn Wasser aktiv durch einen Schwamm getrieben wird, beispielsweise wenn es zusammengedrückt und freigesetzt wird, bleiben Mikroplastikpartikel in den Poren des Schwamms hängen, ähnlich wie beim Sammeln von Murmeln in Eimern. Aber selbst wenn der Schwamm einfach im stillen Wasser schwimmt, bleiben aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen einige Kunststoffpartikel daran haften.

Allerdings gibt es Probleme bei der möglichen Einführung des Schwamms. Zum einen, sagt Adlhart, seien Stärke und Gelatine wichtig für die Lebensmittelindustrie, was bedeutet, dass es in Zukunft zu Konkurrenz um die wichtigsten Zutaten kommen könnte. Allerdings können ähnliche Schwämme aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Die von Adlhart und seinen Kollegen entwickelte Version beispielsweise verwendet Chitosan – einen Zucker, der aus den Schalen von Krebstieren gewonnen wird –, um die Struktur des Schwamms bereitzustellen. Chitosan wird kommerziell nicht weit verbreitet, sagt Adlhart, daher würde es nicht der gleichen Konkurrenz ausgesetzt sein.

Adlhart sagt, sein Schwammdesign, bei dem eine Matrix aus Chitosan-Nanofasern zusammengesponnen wird, sei von der Filtrieraktivität von Austern inspiriert worden, die Partikel in ihren Kiemen einfangen, während sie Meerwasser durch sie pumpen.

Chitosan, Stärke und Gelatine sind alle biologisch abbaubar. Das von Wang und seinen Kollegen entwickelte Verfahren zur Herstellung ihrer Schwämme verwendet jedoch Formaldehyd, eine hochgiftige Verbindung, und es gab Spuren davon in den Schwämmen selbst. Wang sagt, dass sie an einer Alternative arbeiten, um einen völlig umweltfreundlichen Schwamm herzustellen.

Anett Georgi, Chemikerin am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Deutschland, die nicht an der Forschung beteiligt war, sagt, dass es bei der Beseitigung der Mikroplastikverschmutzung im Meer darauf ankommt, die Strömung einzudämmen. Wir sollten damit beginnen, sagt sie, indem wir Kläranlagen ins Visier nehmen, die noch keine Technologien einsetzen, die es bereits gibt – etwa Filter aus Sand oder Aktivkohle –, um Plastik zu entfernen.

Das sei schnell realisierbar, sagt Georgi: „Wir müssen nicht auf verrücktes Material warten.“ Aber für kleinere Anwendungen, etwa die Entfernung von Mikroplastik aus der Wasserversorgung von Haushalten, könnten die neuen Schwammfilter nützlich sein, schlägt Georgi vor.

Was immer noch fehlt, sagt Alice Horton vom National Oceanography Centre des Vereinigten Königreichs, ist ein Beweis dafür, dass jede dieser neueren schwammbasierten Technologien kostengünstig und erfolgreich sein kann, um Mikroplastik in großem Maßstab aus Wasser zu entfernen. Sie ist jedoch zuversichtlich, dass die Bemühungen, Mikroplastik zu entfernen, nachdem es bereits im Meer angekommen ist, wahrscheinlich zum Scheitern verurteilt sind.

„Ich glaube nicht, dass wir irgendetwas in ausreichend großem Umfang tun können, das irgendeine Wirkung haben wird“, sagt sie dazu. „Wir müssen verhindern, dass es überhaupt dorthin gelangt.“

Colin Schultz

Chris Baraniuk ist ein freiberuflicher Wissenschafts- und Technologiejournalist mit Sitz im Vereinigten Königreich. Seine Arbeiten wurden von der BBC, New Scientist, Scientific American und The Atlantic veröffentlicht. Er stammt ursprünglich von der Küste Nordirlands und ist dafür bekannt, dass er sich nach dem Anblick des Meeres sehnt.

Diesen Artikel zitieren: Chris Baraniuk „Sponging Up Plastic Pollution“, Hakai Magazine, 5. Oktober 2023, abgerufen am 16. Oktober 2023, https://hakaimagazine.com/news/sponging-up-plastic-pollution/.