Anthropogene Mikroschadstoffe wie Pestizide, Bisphenole, Hormone und PFAS belasten zunehmend aquatische Ökosysteme und stellen ein wachsendes Risiko für Umwelt und menschliche Gesundheit dar. Diese Substanzen gelangen über diffuse Eintragsquellen in Gewässer, wo sie sich negativ auf Wasserorganismen und das ökologische Gleichgewichte auswirken. Durch Bioakkumulation entlang der Nahrungskette sind auch höhere Lebewesen gefährdet. In konventionelle Kläranlagen kommt es zu einer unzureichenden Entfernung anthropogener Schadstoffe. Im Rahmen der 4. Reinigungsstufe soll die Effizienz von Kläranlagen gesteigert werden. Bisherige Prozesse benötigen häufig zusätzliche Chemikalien, weisen einen hohen Energiebedarf auf und sind mit erheblichen Kosten verbunden. Es besteht daher ein dringender Bedarf an nachhaltigen, ressourcenschonenden Alternativen zur Reduktion von Mikroschadstoffen in Gewässern. Ein vielversprechender Ansatz zur umweltfreundlichen Abwassersanierung ist die Nutzung von Makroalgen der Gattung Ulva. Diese Algen zeichnen sich durch hohe Wachstumsraten, Anpassungsfähigkeit und die Fähigkeit zur Akkumulation und zum Abbau von Schadstoffen aus. Zusätzlich bindet Ulva Mikronährstoffe wie Stickstoff und Phosphat in ihrer Biomasse, welche in der Nahrungsmittel- und Chemikalienproduktion sowie Energiegewinnung vielseitig einsetzbar ist. Meine Forschung untersucht die Eignung heimischer Süßwasser Ulva Arten zur Entfernung und zum Abbau von Mikroschadstoffen in Abwässern. Ziel ist die Etablierung eines nachhaltigen, biologischen Modellsystems, das bestehende Reinigungstechnologien ergänzt. Bisherige Forschungsergebnisse zeigen, dass Ulva eine Vielzahl von Schadstoffen aufnehmen kann, jedoch wurde der Abbau nur selten untersucht. Die Kombination von biologischen und chemischen Analysen ermöglicht ein tiefgreifendes Verständnis der Schadstoffabbauprozesse.
Dabei stehen folgende Aspekte im Fokus:
Etablierung eines Modellsystems: Kultivierung von Ulva unter kontrollierten Bedingungen sowie Charakterisierung der Alge und ihrer assoziierten Bakterien (tufA– und 16S rRNA-Sequenzierung).
Ökotoxikologische Analysen: Untersuchung der Schadstoff Organismus Interaktion anhand unterschiedlicher Faktoren sowie die Quantifizierung der Mikroschadstoffe mittels einer Hoch-Durchsatz-Plattform mit automatisierter Probenvorbereitung durch den CyBio® FeliX™ (Analytik Jena GmbH, Kooperation im Rahmen des BMBF Projekts ThWIC) unter Verwendung hochauflösender Massenspektrometer (UHPLC-ESI-MS-Orbitrap und GC-EI-MS-Orbitrap).
Akkumulations- und Abbaustudien: Identifikation und Charakterisierung der Schadstoffaufnahme, Transformations- und Abbauprodukte unter Verwendung von 13XCMS und DeltaMS mittels hochauflösender Massenspektrometrie.
Labor zur Praxis: Testung der realen Anwendbarkeit der Kultivierung der Makroalge und den Abbau von organischen Spurenstoffen in Klärwässern des Lehr- und Forschungsklärwerks der Universität Stuttgart (Büsnau).
Mit einem innovativen und nachhaltigen Ansatz zur Nutzung von der Makroalge Ulva zielt mein Forschungsvorhaben im Rahmen meiner Promotion darauf ab, eine energieeffiziente, skalierbare Lösung zur Gewässersanierung zu entwickeln, die gleichzeitig ökologische und ökonomische Vorteile bietet.