Ziel der Entwicklung

Plastik ist aufgrund seiner vielen nützlichen Eigenschaften aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Mit der weltweiten, zunehmenden Verwendung von Plastik ist allerdings auch ein unerwünschter Eintrag in die Umwelt verbunden. Mikroplastik wird von vielen Meerestieren mit Nahrung verwechselt und kann zu Verletzungen des Verdauungstraktes führen, die Verdauung behindern oder gar die Nahrungsaufnahme völlig blockieren. Oft verhungern Tiere, da sie ein ständiges Sättigungsgefühl verspüren, wenn ihr Magen mit Plastik gefüllt ist. Zudem können ihre Bestandteile toxisch sein oder eine hormonelle Wirkung entfalten. In Kläranlagen wird durch den Klärschlamm ein Großteil der Mikropartikel entfernt. Die restlichen Partikel werden mit dem Abwasser weiter in die Oberflächengewässer transportiert, was zu einer erhöhten Mikroplastikkonzentration in der Nähe von Abwasserbehandlungsanlagen führt. Da der Klärschlamm aus Kläranlagen als Dünger verwendet wird, werden die angereicherten Mikroplastikpartikel direkt in die Umwelt eingetragen. So gelangen Mikrokunststoffe ungehindert in die Umwelt. Damit die Plastikpartikel gar nicht erst im Klärschlamm ankommen sollten Kunststoffe direkt am Ort des Entstehens zurückgehalten werden. Der größte Verursacher für Mikroplastik in der Umwelt ist der Autoverkehr. 120.000 Tonnen werden pro Jahr in Deutschland durch den Abrieb von Reifen in Umlauf gebracht. Neue geeignete Filtermaterialien müssen entwickelt werden. Daher besteht sowohl ein hoher Marktbedarf für das entwickelte Filtermaterial für den Rückhalt von Mikroplastikpartikeln aus dem Straßenwasserabfluss, als auch eine Notwendigkeit zum Schutz der Umwelt und der Menschen. Im Rahmen des Projektes wurde zu diesem Zweck ein innovatives Filtergranulat mit definierbarer Porosität entwickelt. Über die Erstellung einer Trennschärfe-Porengrößen-Beziehung wurde das Filtermaterial funktionalisiert, um so den größtmöglichen Rückhalt an Mikroplastikpartikeln zu gewährleisten. Der Fokus des Projektes lag zunächst auf der Entfernung von Partikeln aus dem Ablauf von Straßenwasserabflüssen. Allerdings sind die Einsatzmöglichkeiten für das entwickelte Filtergranulat im Anschluss vielfältig, da es günstig herzustellen, skalierbar und für ein breites Applikationsspektrum nutzbar ist. Als weitere Anwendung wurde der Einsatz des Filtermaterials als Barriere für synthetische Fasern im Ablauf von Waschmaschinen getestet. Mit rund 6.220 Tonnen pro Jahr ist der Faserabrieb beim Waschen von synthetischen Kleidungsstücken eine der Hauptquellen von Mikroplastik in Deutschland.

Vorteile und Lösungen

Das neu entwickelte keramische Filtermaterial wurde über eine Trennschärfe-Porengröße-Beziehung so funktionalisiert, dass ein größtmöglicher Rückhalt an Mikroplastik Partikeln erreicht wird. Über die Verwendung unterschiedlicher Porosierungsmittel kann das Porensystem (Porosität, Porenverteilung und weitere) der Filterkeramik den jeweiligen Anforderungen entsprechend eingestellt werden um einen effizienten Rückhalt zu gewährleisten. Zur Herstellung der neuen Filtermedien wurden ausschließlich leicht verfügbare und nachwachsende Rohstoffe verwendet, wodurch dieses günstig herzustellen ist. Neben den genannten Vorteilen, zeichnet sich das Filtermaterial durch eine hohe Aufnahmekapazität bei gleichzeitig geringem Druckverlust aus, was zum einen zu einer hohen Standzeit und zum anderen zu geringen Betriebskosten führt. Über den Herstellungsprozess lassen sich die Eigenschaften (Schüttdichte, Porosität, Porenmorphologie, spezifische Oberfläche) der Filterkeramik genauestens auf die jeweiligen Anforderungen anpassen. Dies mach das neuartige Filtermedium universell einsetzbar, auch in Bereichen die im Rahmen dieses Projektes nicht genauer untersucht wurden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Auf Grundlage der sehr guten Ergebnisse hinsichtlich des Einsatzes der neu entwickelten Filterkeramik im Bereich des Straßenablaufs, sind als Zielgruppe allen voran die lokalen Straßenreinigungsbetriebe zu nennen. In Berlin gibt es etwa 200.000 Straßenabläufe (Gullys). Würde man jeden Gully mit einem Filter ausrüsten, der eine minimale Menge von etwa einem kg des Filtermaterials enthält, ergeben sich daraus rund 200 t Filtermaterial. Durch weitere Entwicklungsarbeit an den Filtereigenschaften zum Einsatz im Waschmaschinenablauf ist davon auszugehen, dass die Problematik der noch zu geringen Filtereffizienz überwunden werden kann. Demnach ergeben sich nahezu alle Waschmaschinenhersteller als potentielle Zielgruppe, um den Waschmaschinenablauf mit einem Filter aufzurüsten um die beim Waschvorgang freigesetzten Mikrofasern effizient herauszufiltern. Die Anwendung der neu entwickelten Filterkeramiken ist sehr vielseitig. Durch die Filtergranulate kann der Eintrag von Mikroplastik bereits am Ort des Entstehens verhindert werden. Weiterhin ist das keramische Filtermaterial in der Lage die Mikroplastik aus dem Abwasser zu entfernen, zum Beispiel als zusätzliche Reinigungsstufe einer Kläranlage. Aufgrund der im Projektverlauf gewonnenen Erkenntnisse konnten bereits weitere Anwendungsfelder wie beispielsweise Filtereinrichtung in Portalwaschanlagen oder die Aufbereitung von Brauchwässern in Großwäschereien erschlossen werden. Zur Vermarktung der neuen Filterkeramiken steht für die GNF nicht das Produkt als solches, sondern der erfolgreiche Technologietransfer im Vordergrund. Ein Großteil der wirtschaftlichen Effekte wird als Umsatzerlöse in Drittunternehmen zu verzeichnen sein. Dabei stehen die wirtschaftlichen Effekte der GNF in engem Zusammenhang mit der geplanten Vertriebsstrategie und den Vertriebskompetenzen von interessierten Unternehmen.