Mikroplastik verbreitet sich in unserer Umwelt immer stärker und ist heutzutage allgegenwärtig – in städtischen Gebieten, im arktischen Eis, in den Ozeanen, sogar in zahlreichen Nahrungsmitteln und dem Trinkwasser. Bislang war es fast unmöglich, die weniger als fünf Millimeter kleinen Partikel wieder zu beseitigen – vor allem, weil deren Zersetzung in der Natur hunderte Jahre dauert.
Um Mikroplastik aus Gewässern zu entfernen, haben jetzt die Forscher um Projektleiter Seyyed Mohsen Beladi-Mousavi von der Universität für Chemie und Technologie in Prag winzige Roboter entwickelt, die die Plastikpartikel binden und sie mit Hilfe von Sonnenlicht zersetzen.
Mikroroboter bauen Plastik ab
Die Roboter sind mit vier bis acht Mikrometern nur etwa so groß wie eine Bakterienzelle. Das Halbleiter-Material Bismutvanadat, das für die Konstruktion der winzigen Roboter benutzt wurde, wirkt wie Photokatalysator und bildet mit der Energie des Sonnenlichts hochreaktive Verbindungen, die in der Lage sind, Plastik chemisch in seine Bestandteile zu zerlegen. Als Treibstoff verwenden die Mikroroboter sichtbares Licht sowie Wasserstoffperoxid in einer Konzentration, wie es natürlicherweise in Wasser vorkommt. Dank einer Beschichtung mit magnetischem Eisenoxid können sie sich eigenständig fortbewegen und sich gezielt an Mikroplastikpartikel binden.
Die Experimente
In ihren Experimenten ließen die Forscher die Mikroroboter sieben Tage lang durch ein Labyrinth von Kanälen schwimmen, in dem sich vier verschiedene Arten von Kunststoffen befanden. Davor und danach analysierten sie das Gewicht und die Oberflächenstruktur des Mikroplastiks.
Besonders gut interagierten die Roboter mit Partikeln der Kunststoffe Polymilchsäure (PLA) und Polycaprolacton (PCL) und fingen rund 70 Prozent der Teilchen ein. Etwas weniger effektiv waren sie für Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP) – wahrscheinlich, weil die Oberfläche dieser Kunststoffe besonders wasserabweisend ist.
Nach einer Woche Kontakt mit den Mikrorobotern hatten die Partikel bis zu drei Prozent ihres Gewichts verloren. Am besten funktionierte der Abbau bei PCL. PET-Teilchen dagegen verloren nur etwa ein Prozent ihres Gewichts. Auch die Morphologie aller Mikroplastikarten hat sich dramatisch verändert – von glatten Oberflächen zu rauen, unebenen Strukturen. Im Fall von PCL gab es auch einige Löcher.
Einsatz in der Umwelt ist möglich
Im Unterscheid zu den bisherigen Systemen könnten sich die Mikroroboter auch für einen umweltfreundlichen Einsatz in der Natur eignen. Sie können nach den Experimenten dank ihrer magnetischen Eigenschaften eingesammelt werden und es wäre möglich, die Roboter mit Hilfe von Magnetfeldern an die gewünschte Stelle zu steuern und sie sicher wieder aus der Umwelt zu entfernen. Ob sie danach tatsächlich wiederverwertet werden können, muss weiterhin geprüft werden: Im aktuellen Experiment hat ihre Leistungsfähigkeit bereits nach sieben Tagen deutlich abgenommen.
Quellen:
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c04559
https://www.wissenschaft.de/umwelt-natur/winzige-roboter-bauen-mikroplastik-ab/
