Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Transportverhalten von Mikroplastik in der limnischen Umwelt

Stipendiatin/Stipendiat: Kryss Lisanne Waldschläger

Die anthropogene Belastungssituation der Flüsse und Meere mit Plastik steigt beständig. Allein in Küstenregionen werden jedes Jahr bis zu 12.7 Mio. t. Kunststoff aufgrund unzureichender Abfallverwertung ins Wasser abgegeben, wo Kunststoffe mehrere ernsthafte Gefahren darstellen. Neben Makroplastik birgt besonders sogenanntes Mikroplastik eine gesundheitliche Bedrohung für die aquatische Fauna, da es im Wasser selektiv Schadstoffe anlagert, welche unter dem Verdacht stehen, krebserregend zu sein, die Fruchtbarkeit zu beeinträchtigen, Verhaltensstörungen hervorzurufen sowie das Hormonsystem zu beeinflussen. Im Fettgewebe der Tiere reichern sich diese Schadstoffe an und gelangen so in die Nahrungskette. Daher gilt es, den Eintrag weiteren Plastiks in die Natur alsbald zu stoppen, um die Tiere und so auch den Menschen vor den Folgen zu schützen.

Ein Projekt, welches sich diesem Problem angenommen hat und sich mit der Entfernung von Plastik aus der marinen Umwelt beschäftigt ist das Pacific Garbage Screening. Basis dieses innovativen Ansatzes bildet eine aus vielen langgezogenen Kanälen bestehende Plattform, innerhalb derer das Wasser soweit beruhigt werden soll, dass der Auftrieb der Plastikpartikel eine passive Filterung - die sogenannte Umkehrsedimentation - ermöglicht. Grundvoraussetzung für den Einsatz dieser und ähnlicher Maßnahmen ist eine genaue Kenntnis der physikalischen Transportprozesse von Mikroplastik in Flüssen und Ozeanen, um die maßgebenden Transportrouten des Mikroplastiks sowie Hotspots der Belastung zu identifizieren. Das Wissen auf diesem Gebiet ist bisher sehr limitiert, weshalb im Hinblick auf die steigende Relevanz der Problematik ein hoher Forschungsbedarf besteht.

Die meisten Projekte und Studien zur Plastikbelastung von Gewässern legen ihren Fokus auf marine Ökosysteme, obwohl zuletzt besonders Flüsse, Ströme und Abwasser-einleitungen als bedeutende Eintrags- und Transportpfade für Mikroplastik identifiziert wurden. Neben dem Wasserkörper sind auch die Sedimente der Oberflächengewässer mit Mikroplastik belastet.

Daher sollen im Rahmen der geplanten Arbeit die folgenden physikalischen Prozesse von Mikroplastik in Fließgewässern in Abhängigkeit der Partikeleigenschaften (Dichte, Durchmesser, Form und Konzentration) detailliert untersucht werden:

  • Sedimentations- oder Aufschwimmverhalten (AP 1)
  • Erosionsverhalten (AP 2)
  • Transportverhalten (AP 3)
  • Infiltrationsverhalten (AP 4)

Eine Kombination aus physikalischen Experimenten und numerischen Verfahren (AP 5) soll zu neuen Erkenntnissen über den Transport, die Konzentrationsverteilung und den Verbleib von Mikroplastik im Gewässer und in der Gewässersohle beitragen, um auf diese Weise Hotspots sowohl hinsichtlich des Eintrags als auch bezüglich des Verbleibs von Mikroplastik in limnischen Gewässern zu identifizieren.

Das erste Arbeitspaket hat sich mit dem Sedimentations- und Aufstiegsverhalten von Mikroplastikpartikeln beschäftigt und wurde bereits abgeschlossen. Die gewonnenen Ergebnisse werden als Eingangsgrößen für die numerische Simulation dienen und werden derzeit international publiziert.

Förderzeitraum:
01.01.2018 - 31.12.2020

Institut:
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule
Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und
Wasserwirtschaft

Betreuer:
Prof. Dr. Holger Schüttrumpf

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Publikationen: