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03.08.2018

Nachweis von Mikroplastik im Wasser

Fraunhofer CSP entwickelt smarte Filteranlagen

Mikroplastikpartikel im Wasser sind ein zunehmendes Problem für die Umwelt. Ein neues Filtersystem, mit dem sich die Belastung von Gewässern schneller und einfacher messen lässt, entwickelt das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP gemeinsam mit Partnern. Das Forschungsprojekt unter Federführung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) will eine Datenbasis schaffen, um die Belastung von Gewässern analysieren und anschließend verringern zu können.

  • Lichtmikroskopische Aufnahme eines prototypischen Silizium-Filters nach der Laser-Mikrobearbeitung mit Porengrößen im Bereich von 50 µm Durchmesser (© Fraunhofer CSP)

    Lichtmikroskopische Aufnahme eines prototypischen Silizium-Filters nach der Laser-Mikrobearbeitung mit Porengrößen im Bereich von 50 µm Durchmesser (© Fraunhofer CSP)

  • Der Filter aus makroporösen Silizium soll die Kunststoffpartikel zurückhalten (© SmartMembranes GmbH)

    Der Filter aus makroporösen Silizium soll die Kunststoffpartikel zurückhalten (© SmartMembranes GmbH)

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Der Eintrag von Mikroplastik in unser Ökosystem wird zunehmend zum Problem. Bislang ist nicht vollständig geklärt, wie die Partikel in Gewässer und Abwässer gelangen. Zudem fehlen geeignete und einheitliche Methoden für die Untersuchung und den Nachweis der kleinsten Kunststoffteilchen im Wasser. Eine verlässliche wissenschaftliche Datenbasis über die Quellen, das Vorkommen sowie die Auswirkungen von Mikroplastikpartikeln auf die Umwelt ist aber entscheidend für die Lösung des Umweltproblems.

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, will bis zum Jahr 2021 ein Untersuchungsverfahren entwickeln, mit dem sich der Partikeleintrag in Gewässer einheitlich und schneller messen lässt. Damit soll sich auch feststellen lassen, an welchen Orten eine besonders hohe Belastung von Gewässern durch Mikroplastik vorliegt.

Einheitliche und schnelle Messung

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP entwickelt im Rahmen des Verbundforschungsprojektes gemeinsam mit der SmartMembranes GmbH ein spezielles Filtersystem als Baustein für ein einheitliches und unkompliziertes Verfahren zur Entnahme von Proben. Die Kaskaden-Filtrationsanlage soll spezielle Siliziumfilter mit definierten Lochdichten und -größen einsetzen, in denen die Plastikpartikel hängen bleiben.

„Wesentlich für tragfähige Aussagen über die Mengen von Mikroplastik im Grund-, Trink- sowie Schmutzwasser oder in Oberflächengewässern ist die Methodik für die Probenentnahme. Geplant ist eine Art Probenentnahme-Set, das dazu einen entscheidenden Beitrag leisten soll“, sagt Dr. Christian Hagendorf, der auf Seiten des Fraunhofer CSP für das Forschungsprojekt verantwortlich ist. „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.

Anwendungsoptimiertes Filtersystem

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 sog. Smart Sampling soll der Nachweis von Mikroplastik von der Probenahme bis zur Schnellanalytik perfekt abgestimmt werden.

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 wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und findet im Rahmen des Forschungsschwerpunktes „Plastik in der Umwelt“ statt. Beteiligt sind neben dem Fraunhofer CSP sechs weitere wissenschaftliche Einrichtungen sowie drei mittelständische Unternehmen.

Über das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP

Das Fraunhofer CSP betreibt angewandte Forschung in den Themengebieten der Siliziumkristallisation, der Solarmodultechnologie und Solarwaferfertigung. Das Institut entwickelt neue Technologien von der Ingot-Herstellung bis zur Modulfertigung und beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Materialien entlang der Wertschöpfungskette. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Bewertung von Solarzellen und Modulen sowie die elektrische, optische und mikrostrukturelle Material- und Bauteilcharakterisierung. Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.

Über die SmartMembranes GmbH

Die SmartMembranes GmbH ist ein Spin-Off des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und wurde 2009 in Halle (Saale) gegründet. Das Unternehmen ist nach eigenen Angaben der weltweit führende Hersteller von porösen hochgeordneten Materialien aus Aluminiumoxid und Silizium mit definiert einstellbaren Membraneigenschaften und Strukturparametern für eine Vielzahl von Anwendungen. Ein weiteres wichtiges Standbein neben der Produktion der Membrane nach Kundenwunsch ist die Entwicklung neuer Prozesse und Produkte rund um das Kerngeschäft.

Weiterführende Information
  • 12.07.2018

    Mikroplastik – überall und in großen Mengen

    Fraunhofer Umsicht veröffentlicht Konsortialstudie

    Die Ergebnisse der Studie wurden am 21. Juni 2018 in Berlin vorgestellt und im Anschluss mit Konsortialpartnern, Experten und Zuschauern diskutiert.   mehr

  • 11.01.2018

    Biologisch abbaubare Mikroplastik-Alternativen

    Fraunhofer IMWS testet Cellulosepartikel in Kosmetikartikeln

    Im abgeschlossenen Forschungsprojekt „KosLigCel“ wurde die kostengünstige Herstellung biologisch abbaubarer Cellulosepartikel aus Buchenholz, Hafer, Weizen und Mais untersucht, die die Anforderungen an Abrasivität und Reinigungsleistung in Zahn- und Hautpflege-Produkten erfüllen.   mehr

  • 31.08.2017

    Mega-Trip für Mikro-Plastik

    Meinung

    Was haben Sie so gemacht im Urlaub? Vermutlich sind Sie nicht 33 km geschwommen. Wer meint, das sei ein bisschen viel, wird Hochachtung vor Prof. Fath bekommen, der täglich diese Distanz schwimmend zurückgelegt hat – auf der Suche unter anderem nach Mikroplastik und organischen Stoffe im Wasser.   mehr

  • 08.12.2014

    Kläranlagen versus Mikrokunststoff

    Thementisch beim Fraunhofer Umsicht

    Mikroskopisch kleine Kunststoffpartikel stehen derzeit in der Kritik, da sie sich durch den Wasserkreislauf bewegen, in die Nahrungskette und langfristig auch in den menschlichen Organismus gelangen können. Die Folgen davon sind bisher unbekannt. In einem wissenschaftlichen Forum stellten Experten die neusten Erkenntnisse dazu vor und diskutierten darüber.   mehr

    1 Kommentar
Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Walter-Hülse-Straße 1
DE 06120 Halle

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