Es findet sich in der Umwelt, in Nahrung und in den Körpern von Tieren und Menschen: Mikroplastik ist überall. 2025 wiesen Forschende die Partikel in menschlichen Lebern, Nieren und erstmals auch in Gehirnen nach. In einer Analyse von Gewebeproben aus den Jahren 2016 und 2024 zeigte sich ein Anstieg der gemessenen Konzentration von Mikro- und Nanoplastik (MNP). Das sind Plastikpartikel mit Durchmessern von 500 Mikrometern bis zu 1 Nanometer. Während Proben aus dem Jahr 2016 im Median 3,34 Mikrogramm MNP pro Gramm enthielten, lag der Wert 2024 bei 4,91 Mikrogramm.
Dieser Zuwachs von 47 Prozent innerhalb von acht Jahren lässt vermuten, dass wir mit der zunehmenden Umweltbelastung auch mehr Mikroplastik aufnehmen.
Die gesundheitlichen Folgen sind bislang unzureichend erforscht, auch wenn Studien auf toxische, entzündliche sowie hormon- und DNA-verändernde Effekte hindeuten. Internationale Expert:innen forderten erst kürzlich eine standardisierte, forensisch inspirierte Herangehensweise in der Forschung rund um Mikroplastik in menschlichem Gewebe. Das Ziel dabei ist, noch besser zu verstehen, wie weit die Partikel in den Körper vordringen und welche Auswirkungen sie auf uns haben.
Gelangen die winzigen Plastikpartikel erst einmal in die Umwelt, lässt sich ihre Aufnahme in den menschlichen Körper kaum vermeiden, denn wir atmen sie ein und nehmen sie mit unserer Nahrung auf.
Um die Belastung zu verringern, sollte Mikroplastik also gar nicht erst freigesetzt werden. Daher hat ein Team von Forschenden der Universität Bonn in Kooperation mit Fraunhofer UMSICHT einen Filter für Waschmaschinen entwickelt, der von der Natur selbst inspiriert ist: Als Vorbild dienten die Kiemen von Fischen. Das entwickelte System filtert statt Plankton Mikroplastik, und das sehr effizient. Bis zu 99,6 Prozent des Mikroplastiks konnten aus dem Abwasser entfernt werden.
Wie Mikroplastik in die Umwelt gelangt
Einer der wichtigsten Eintrittspunkte von Mikroplastik in die Umwelt ist die Waschmaschine. Neben Farben, Reifenabrieb und Kunststoffpellets gehören Textilien innerhalb der Europäischen Union (EU) zu den größten Mikroplastik-Lieferanten. Jede Sekunde werden etwa vier Tonnen Textilfasern produziert, der Polyester-Anteil liegt bei 59 Prozent. Während ihres gesamten Lebenszyklus – von der Herstellung über das Tragen bis hin zum Waschen, Trocknen und Entsorgen – geben Textilien feine Mikrofasern ab. In der Waschmaschine eines Vier-Personen-Haushalts können so jährlich bis zu 500 Gramm Mikroplastik entstehen. Weltweit gelangt durch das Waschen unserer Kleidung jedes Jahr rund eine halbe Million Tonnen Mikroplastik in die Ozeane. Das entspricht etwa drei Milliarden Polyester-T-Shirts.
Bislang sind in Waschmaschinen standardmäßig keine Mikroplastik-Filter verbaut. Die Fasern gelangen daher ungehindert ins Abwasser und in Kläranlagen. In Form von Klärschlamm, der als Dünger auf Feldern ausgebracht wird, landet Mikroplastik schließlich in der Umwelt. Diesen Kreislauf gilt es zu durchbrechen.
„Ich habe festgestellt, dass das Bedürfnis zur Reduzierung von Mikroplastik in der Umwelt sehr groß ist. Aber es gibt nur wenige wirksame Lösungsansätze“, sagt Dr. Leandra Hamann vom Forschungsteam am Institut für organismische Biologie der Universität Bonn gegenüber RESET. Das brachte die Wissenschaftlerin dazu, nach neuen Filtermechanismen zu suchen, die die Schwächen bestehender Systeme überwinden. Viele herkömmliche Filter halten Mikroplastik nur unzureichend zurück oder verstopfen schnell.
Die Suche nach Inspiration in der Natur
Als Bionik bezeichnet man ein Forschungsfeld, das sich an Vorbildern aus der Natur bedient, um innovative technische Lösungen zu entwickeln. Als Vorreiter dieses Ansatzes gilt Leonardo da Vinci, der den Vogelflug auf Flugmaschinen übertrug. Einige Jahrhunderte später machte sich auch Hamann auf die Suche nach Inspirationen in der Natur. Sie untersuchte Schwämme, Krebse, Muscheln, Flamingos, Mantarochen, Wale und Fische – mit dem Ziel, sogenannte Suspensionsfresser zu identifizieren. Das sind Lebewesen, die Partikel vom umgebenden Wasser trennen können.
Von 35 identifizierten Filtermechanismen machten schließlich Fische das Rennen, da diese Partikel in ähnlicher Größe wie Mikroplastik filtern. Aus den untersuchten Fischarten wählte das Forschungsteam sogenannte ram-filtrierende Fische als Vorbild für ihre Filtertechnologie. Zu dieser Gruppe zählen unter anderem der Atlantische Hering, Sardinen und verschiedene Makrelenarten.
Besonderheiten ram-filtrierender Fische
Ram-Filtrierer nehmen Wasser auf, indem sie mit geöffnetem Maul vorwärts schwimmen. Im Inneren des Fisches durchströmt das Wasser ein trichterförmiges System aus Kiemenbögen mit dicht angeordneten Kiemenreitern. Diese Strukturen übernehmen die Funktion eines sehr effektiven Filters, der nahezu alles an vorhandenem Plankton vom Wasser separiert.
“Die Arten, die wir untersucht haben, besitzen eine konische Kiemenreusengeometrie mit Strukturen, die ein sehr feines Sieb bilden”, erklärt Hamann. Statt frontal hindurch zu strömen, fließt das Wasser seitlich an den Kiemenbögen entlang. Diese Strömungsführung hat einen entscheidenden Vorteil: Partikel lagern sich nicht sofort ab, sondern werden entlang der Oberflächen weitergeleitet. Größere Partikel, wie Plankton, werden gezielt gesammelt, während das gefilterte Wasser über die Kiemen entweicht. So vermeiden die Fische ein Verstopfen ihrer Filterstrukturen, was auch für technische Filter essentiell ist.
Kleinstpartikel bleiben in den Kiemenbögen hängen. Daneben ist auch die Reinigung des Filters maßgeblich für dessen Funktionalität. Die Forschenden analysierten daher gezielt die Reinigungsmechanismen von Fischen, um diese zu imitieren. Das beim Filtern zurückgehaltene Plankton gelangt bei Ram-Filtrierern dank der Trichterform in den Schlund, bis der Fisch schluckt und so das System entleert und reinigt. Dieses natürliche Talent der Selbstreinigung, kombiniert mit hoher Filterleistung, ohne zu verstopfen, macht die Fische zum idealen Vorbild für einen Mikroplastik-Filter.
Vom Fisch zum Filter
Aber wie übersetzt man die Anatomie eines Fisches in ein technisches System? Dieser Prozess kostete das Forschungsteam, dem neben Hamann ihr Doktorvater Dr. Alexander Blanke, Materialwissenschaftler Christian Reuß und Biologe Dr. Hendrik Herzog angehörten, viel Zeit. Etwa acht Jahre dauerte es von der Idee bis zum finalen Filter, der aktuell patentiert wird. Eine der größten Herausforderungen war der Schritt der Abstraktion verbunden mit der Frage, inwieweit sich das komplexe Kiemenreusensystem der Fische ohne technische Einbußen vereinfachen lässt.
Der Antwort auf diese Fragestellung näherte sich das Team schrittweise an. “Wir haben verschiedene Filter gebaut, die mal mehr und mal weniger den Fischen ähnelten, um herauszufinden, was funktioniert und welche Strukturen wir technisch nicht nachbauen können”, erläutert Hamann gegenüber RESET. Um die Filtereffizienz zu maximieren, variierten die Forschenden mit Hilfe von Experimenten und Computersimulation die Filtergröße, die Maschenweite der Siebstruktur und den Anströmwinkel des Trichters. Insgesamt wurden so vier unterschiedliche Filterelemente gefertigt.
Ein effizientes Prinzip mit breitem Anwendungspotential
Endergebnis war ein hocheffizienter Filter, der bis zu 99,6 Prozent des Mikroplastiks aus dem Abwasser entfernte. Der Filter wurde zudem so konstruiert, dass er sich, wie sein biologisches Vorbild, selbst reinigt und Verstopfungen minimiert. Das System verfügt über zwei getrennte Abflussleitungen. Das gereinigte Wasser strömt seitlich durch das Filtergewebe ab. Die Partikel werden dabei entlang der konischen Filteroberfläche in Bewegung gehalten und in Richtung Auslass transportiert, statt sich im Filter festzusetzen.
Schematisches Modell des Fisch-Filters. In regelmäßigen Abständen schaltet das System um: Der seitliche Abfluss wird kurz geschlossen, während sich der zweite Abfluss am Ende des Filters öffnet. Dieses Umschalten der Ventile imitiert den Schluckvorgang ram-filtrierender Fische. Wie beim Fisch werden die angesammelten Partikel dabei gezielt aus dem Filtersystem herausgeführt und gesammelt. Durch die Kombination aus seitlicher Strömung, konischer Form und periodischer Spülung bleiben die Partikel in Bewegung. Der Filter setzt sich nicht zu und reinigt sich immer wieder selbst.
Entwickelt wurde das System speziell für den Verbau in Waschmaschinen, um Textilpartikel zurückzuhalten. Es ist aber auch eine Anwendung in anderen Eintrittspfaden von Mikroplastik denkbar. Laut Hamann könnte der Filter überall dort zum Einsatz kommen, wo relativ große Partikel in Wasser herausgefiltert und gesammelt werden müssen. So wäre zum Beispiel auch die Anwendung in Straßenabläufen möglich. Über diese gelangt vor allem Reifenabrieb – eine der größten Mikroplastikquellen – zusammen mit Überbleibseln von Markierungen, Asphalt und Fahrzeugteilen ins Abwasser.
Zukunftstechnologie, die auf ihren Einsatz wartet
Als wir Hamann kontaktieren, erreichen wir sie in Kanada, wo sie sich aktuell als Gastwissenschaftlerin an der University of Alberta mit dem Filtrationsmechanismus in Schwämmen beschäftigt. Auch von ihnen kann die Wissenschaft noch viel lernen und die Erkenntnisse im besten Fall auf Umweltherausforderungen übertragen. Offen bleibt nach unserem Austausch eine wesentliche Frage: Wie wahrscheinlich ist es, dass bald in jeder Waschmaschine ein Mikroplastik-Filter verbaut ist?
An Lösungen mangelt es nicht. Neben dem Filtersystem, das Hamann und ihr Team entwickelt haben, existieren zahlreiche weitere Ansätze – von Startups wie dem slowenischen Unternehmen PlanetCare bis hin zu Forschungsorganisationen. Ein Beispiel ist FibrEX von Fraunhofer UMSICHT, das sich in einem ähnlichen Themenfeld bewegt. Der FibrEX-Mikroplastik-Filter wurde zwar patentiert, doch das anfängliche Interesse von Herstellern und Komponentenbauern ließ nach. Der Hauptgrund: Zeitnahe regulatorische Verpflichtungen zum Einbau von Mikroplastik-Filtern in Waschmaschinen sind nicht absehbar. Daher wird der Filter derzeit für Anwendungen in der Grauwasseraufbereitung von Wohngebäuden weiterentwickelt.
Der Filter FibrEX von Fraunhofer UMSICHT. Am fischinspirierten Filter besteht laut Hamann grundsätzlich Interesse seitens der Wirtschaft. Bislang fehlt jedoch ein Industriepartner, der die Technologie unter realen Bedingungen erprobt und bis zur Marktreife bringt. Bei beiden Lösungen geht es somit um denselben entscheidenden Schritt: den Übergang vom Labor in den Markt.
Politische Rahmenbedingungen für wirksamen Umweltschutz
Große Hersteller wie Siemens, Bosch oder Miele bieten zwar Nachrüstlösungen an. Mikroplastik-Filter werden jedoch bislang nicht standardmäßig in neue Waschmaschinen integriert. Solange ein verbindlicher regulatorischer Rahmen fehlt, bleibt die Verantwortung wohl allein bei den Verbraucher:innen.
Die Europäische Union hat sich bis 2030 immerhin ambitionierte Ziele gesetzt. So soll die Freisetzung von Mikroplastik in die Umwelt um 30 Prozent reduziert werden. In der EU Textilstrategie wird die Bekämpfung des Mikroplastik-Eintrags aus synthetischen Textilien als zentrales Handlungsfeld benannt. Wie diese Vorgaben konkret umgesetzt werden sollen, bleibt jedoch bislang ebenfalls offen.
In Frankreich gilt immerhin seit Januar 2025 ein Gesetz, das vorschreibt, dass alle neuen Waschmaschinen mit Mikroplastik-Filtern ausgestattet sein müssen. Auch wenn die Konkretisierung durch ein entsprechendes Dekret noch aussteht, sendet die gesetzliche Verankerung ein wichtiges Signal an Hersteller und Verbraucher:innen. Ob die EU nachzieht, dürfte weniger eine Frage der verfügbaren Technologie sein als des politischen Willens, gesellschaftlichen Wandel aktiv voranzutreiben. Unter den vielen möglichen Maßnahmen zur Reduktion der Plastikflut in der Umwelt sind Mikroplastik-Filter auf jeden Fall ein Ansatz, der sofort wirkt und global skalierbar ist.
