Ein Team von Wissenschaftlern der Leibniz Universität Hannover hat eine revolutionäre Methode zur Bekämpfung von Mikroplastik in Gewässern entwickelt. In ihrer jüngsten Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Communications präsentieren die Forscher ein neuartiges Hydrogel, das in der Lage ist, Mikroplastikpartikel selbstständig aus Wasser zu entfernen und abzubauen, ohne dass externe Steuerung erforderlich ist. Diese Entwicklung gilt als ein bedeutender Fortschritt im Kampf gegen die Umweltverschmutzung durch Plastik, die als eines der drängendsten Probleme unserer Zeit angesehen wird.
Die Problematik des Mikroplastiks ist in den letzten Jahren zunehmend ins öffentliche Bewusstsein gerückt. Die kleinen Kunststoffpartikel, die aus verschiedenen Quellen stammen, sind mittlerweile in fast allen Gewässern der Welt nachgewiesen worden und stellen eine erhebliche Bedrohung für die Umwelt und die Gesundheit von Organismen dar. Sie können Entzündungen und oxidativen Stress in Lebewesen verursachen und gelangen über die Nahrungskette bis hin zum Menschen. Derzeitige Methoden zur Entfernung von Mikroplastik sind häufig ineffizient und kostenintensiv, da sie auf stationären Filtersystemen basieren, die viel Energie benötigen.
Das Forschungsteam um Prof. Dr. Sebastian Polarz am Institut für Anorganische Chemie hat daher ein Hydrogel entwickelt, das wie ein selbstregulierendes Transportmittel funktioniert. Dieses Hydrogel hat die Fähigkeit, Mikroplastikpartikel aus dem Wasser aufzunehmen und sie an die Wasseroberfläche zu transportieren, wo sie durch Lichteinwirkung abgebaut werden. Der gesamte Prozess geschieht in einem autonomen Zyklus, der vielversprechende Ergebnisse in ersten Labortests gezeigt hat.
Das Hydrogel funktioniert nach einem einfachen, aber effektiven Prinzip. Es wird in verunreinigtes Wasser eingetragen und sinkt auf den Grund, wo es Mikroplastikpartikel sowie Glukose absorbiert, die in geringen Konzentrationen im Wasser vorkommt. Das Hydrogel besteht aus einem thermoresponsiven Polymer, porösen Organosilikatpartikeln und einem Photokatalysator. Bei niedrigen Temperaturen quillt das Polymer auf und speichert das aufgenommene Mikroplastik sowie die Glukose. Ein im Hydrogel enthaltenes Enzym wandelt die Glukose in Sauerstoff um, der in den Poren des Materials gespeichert wird. Wenn genügend Gas produziert wird, steigt das Hydrogel an die Oberfläche.
Oben angekommen, erwärmt sich das Hydrogel, schrumpft und gibt die gespeicherten Gasblasen wieder frei, wodurch der Auftrieb verloren geht und das Gel erneut absinkt. Gleichzeitig erzeugt der Photokatalysator unter der Lichteinwirkung reaktive Sauerstoffspezies, die das Mikroplastik effektiv zersetzen. Dieser selbstregulierende Wechsel zwischen Auf- und Abstieg ermöglicht es dem Hydrogel, das Wasser kontinuierlich zu reinigen und Mikroplastik zu eliminieren.
Die Vielseitigkeit des entwickelten Systems ist besonders bemerkenswert. Dr. Dennis Kollofrath, der Erstautor der Studie, hebt hervor, dass das Hydrogel mehrere Funktionen in einem einzigen Material vereint: Es besitzt ein autonomes Antriebssystem, das Schadstoffe aufnimmt und gezielt zersetzt, ohne dass eine externe Steuerung erforderlich ist. In der aktuellen Untersuchung wurde speziell die Zersetzung von Polystyrol getestet, aber die verwendeten Nanopartikel können auch so modifiziert werden, dass sie andere Arten von Kunststoffabfällen, wie Polyethylen oder PET, gezielt entfernen.
Die Fortschritte, die das Forschungsteam der Leibniz Universität Hannover erzielt hat, eröffnen neue Perspektiven für die Umwelttechnik. Diese innovative Technologie könnte nicht nur helfen, die Gewässer von schädlichem Mikroplastik zu befreien, sondern auch einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Wasserqualität leisten. In Anbetracht der drängenden Herausforderungen durch Plastikmüll ist diese Entwicklung ein vielversprechender Schritt in Richtung einer nachhaltigeren und saubereren Umwelt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Arbeit des Forschungsteams an diesem intelligenten Hydrogel eine vielversprechende Lösung für ein globales Umweltproblem darstellt. Die Hoffnung ist, dass diese Technologie in der Zukunft weitreichend eingesetzt werden kann, um die schädlichen Auswirkungen von Mikroplastik in unseren Gewässern zu minimieren.
