Ein High-School-Schüler in Virginia, USA, hat kürzlich einen Prototyp eines Haushaltswasserfiltergeräts entwickelt, das keine herkömmlichen Filtermembranen erfordert. Es kann mehr als 90 % der Mikroplastikpartikel aus dem Trinkwasser entfernen und seine eigenen magnetischen Filtermedien recyceln. Es hat aufgrund seiner geringen Kosten und seines geringen Wartungsaufwands Aufmerksamkeit erregt.
Mia Heller, 18, besucht die Kettlelen High School in Virginia und belegt außerdem halbtägige Mathematik- und Technologiekurse an der Mountain Vista Governor's School. Ihre wissenschaftliche Forschung wurde von lokalen Nachrichten in ihrer Heimatstadt Warrington, Virginia, inspiriert: Tests ergaben, dass das örtliche Trinkwasser einen hohen Anteil an Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) und Mikroplastik enthielt. Die Behörden machten jedoch klar, dass für die Installation von Filtersystemen keine öffentlichen Mittel bereitgestellt würden und die Bewohner die Kosten für Wasseraufbereitungsgeräte tragen müssten. Hellers Eltern installierten daraufhin ein fortschrittliches Filtersystem, die Filtermembranen mussten jedoch häufig ausgetauscht werden. Diese Erfahrung veranlasste sie, darüber nachzudenken, wie man die Kosten und den Wartungsaufwand für die Wasseraufbereitung senken kann.
Heller sagte, der Prozess des häufigen Austauschs der Filtermembran habe sie auf die Idee gebracht, einen „membranlosen“ Filter zu entwickeln, in der Hoffnung, Verbrauchsmaterialien und Wartungsaufwand zu reduzieren und gleichzeitig effektiv zu reinigen. Die erste Idee kam ihr im Frühjahr 2024 und begann im Sommer desselben Jahres mit intensiven Experimenten in ihrer Garage und Küche. Im Januar 2025 stellte sie das erste Proof-of-Concept-Gerät fertig – von außen sah es wie nichts weiter als ein Container aus, aber in der inneren Struktur gab es bereits einen Prototyp.
Das Herzstück des Geräts ist eine Struktur, die sie als „rotierendes Verstärkungsfläschchen“ bezeichnet und die Ferrofluid, ein wiederverwendbares magnetisches Öl, verwendet, um sich selektiv an Mikroplastikpartikel in einem Wasserstrahl zu binden. Beim Durchströmen mit Wasser nimmt die ferromagnetische Flüssigkeit das Mikroplastik auf und scheidet es aus. Frühere Versionen erforderten zwei Schritte zur Entfernung von Mikroplastik, das Ferrofluid konnte jedoch nicht automatisch recycelt werden und erforderte weiterhin manuelle Wartung und Nachfüllung. Um den Wartungsaufwand zu reduzieren, verlagerte sie ihren technischen Schwerpunkt auf den Aufbau eines geschlossenen Kreislaufsystems, das „selbstreinigend“ sein und magnetische Materialien recyceln könnte.
Während der anschließenden wiederholten Fehlerbehebung musste Heller zwei Schlüsselprobleme im strukturellen Aufbau lösen: Erstens ist das Ferrofluid viskoser als Wasser. Wie kann es reibungslos in die darüber liegende Wasserkammer gelangen, ohne den Wasserfluss zu blockieren? Zweitens, wie man dafür sorgt, dass magnetische Trennung und Ferrofluid-Rückgewinnung im selben System zusammenarbeiten, anstatt sich gegenseitig einzuschränken. Nach etwa fünf Design-Iterationsrunden entschied sie sich für eine Konfiguration bestehend aus drei Modulen.
Der aktuelle Prototyp besteht aus drei Einheiten: Das erste ist ein Rohwassermodul mit einem Volumen von etwa einem Liter, das zur Beladung mit aufzubereitendem Wasser mit Mikroplastik dient; das zweite ist ein Modul, das magnetisches Ferrofluid auf Ölbasis speichert; und das dritte ist ein kleineres Trennmodul, das den am stärksten konzentrierten Teil des physikalischen Prozesses im gesamten Gerät darstellt. In diesem Modul zieht das Magnetfeld das Ferrofluid mit anhaftendem Mikroplastik aus dem Wasser und realisiert die Rückgewinnung und Wiederverwendung des Ferrofluids, wodurch ein geschlossener magnetischer Trennprozess entsteht. In Bezug auf die Verwendung ähnelt dieses Gerät eher einem Haushaltswasserreiniger, außer dass die herkömmliche Feststofffiltermembran durch eine Ferrofluid-Trennstufe ersetzt wird.
Um die Leistung zu überprüfen, baute Heller eine Reihe von Trübungssensoren, um die Konzentration von Schwebeteilchen im Gewässer zu messen und daraus den Gehalt an Ferrofluid und Mikroplastik zu quantifizieren und die Entfernungsrate von Mikroplastik zu berechnen. Testergebnisse zeigen, dass das Prototypgerät 95,52 % des Mikroplastiks im Trinkwasser entfernen und 87,15 % des Ferrofluids zurückgewinnen kann. Zum Vergleich: Herkömmliche Trinkwasseraufbereitungsanlagen entfernen Mikroplastik typischerweise zu etwa 70 bis 90 Prozent effizient. Heller glaubt, dass dieses Ergebnis beweist, dass es möglich ist, ein kostenkontrollierbares und abfallarmes Filtersystem ohne den Einsatz von Feststofffiltermembranen aufzubauen.
Die Erfindung wurde bereits in einem Jugend-Technik-Wettbewerb ausgezeichnet. Mit diesem Projekt war Heller Finalist beim Regeneron ISEF 2025, dem weltweit größten Wissenschaftswettbewerb für Oberstufenschüler, und gewann einen Sonderpreis in Höhe von 500 US-Dollar von der United States Patent and Trademark Association für sein kostengünstiges, hocheffizientes Filterdesign.
Auch in der wissenschaftlichen Forschungsgemeinschaft erhielt ihr Versuch positive Kritiken. Der Toxikologe Matthew J. Campen von der University of New Mexico untersucht seit langem komplexe Gemische inhalierter Schadstoffe und ihre Auswirkungen auf die Atemwege und das Herz-Kreislauf-System. Er hält dieses System für eine „sehr gute Idee“ und weist darauf hin, dass es „etwas tut, was getan werden muss“. Gleichzeitig erinnerte er auch daran, dass es auf technischer und ökologischer Ebene noch einige offene Fragen gebe.
Laut Campen besteht der Schlüssel darin, sicherzustellen, dass das einmal herausgefilterte Mikroplastik gesammelt und schließlich auf sichere Weise entsorgt oder vernichtet werden kann, ohne dass dabei neue Schadstoffrückstände zurückbleiben. Mit anderen Worten: Bei jeder praktikablen Lösung muss vermieden werden, dass „eine Art von Verschmutzung beseitigt und eine andere entsteht“. Darüber hinaus müssen Umfang und Grad des Technologieeinsatzes noch diskutiert werden: Sind solche Systeme besser für den Einsatz in Haushalts-, Gebäude- und Gemeinschaftsleitungen geeignet oder sollten sie in den vorgelagerten Prozess der kommunalen Wasseraufbereitung integriert werden?
Die Forschung findet vor dem Hintergrund wachsender Besorgnis über Mikroplastik statt. Die US-Umweltschutzbehörde definiert Mikroplastik als Partikel mit einer Größe zwischen 1 Nanometer und 5 Millimetern, und diese Fragmente sind mittlerweile in Ökosystemen und lebenden Organismen allgegenwärtig. Die Studie stellte fest, dass sich die Menge an Mikroplastik, die von Organismen aufgenommen wird, seit 1990 etwa versechsfacht hat. Eine Studie der University of New Mexico aus dem Jahr 2025, an der Kampen beteiligt war, ergab, dass die Konzentration von Mikroplastik im menschlichen Gehirngewebe in weniger als zehn Jahren um etwa 50 % gestiegen war. Während die gesundheitlichen Auswirkungen dieser Art der Exposition noch untersucht werden, haben mehrere neuere Studien die Aufnahme von Mikroplastik mit einer Vielzahl nicht übertragbarer Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Krebs, Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Hormonstörungen und Alzheimer.
Trotz der oben genannten ungelösten Probleme betrachten Experten das magnetische Trennsystem von Heller im Allgemeinen als eine Richtung, die aus technischer und gesundheitspolitischer Sicht förderungswürdig ist. Das klarste Anwendungsszenario ist ihrer Ansicht nach nach wie vor das Zuhause, wo den einfachen Bewohnern durch relativ kostengünstige und einfach zu wartende Geräte ein höheres Maß an Trinkwasserschutz geboten wird. Bevor sie über eine Kommerzialisierung nachdenkt, hofft sie, die Leistungsdaten, die sie erhält, von einem unabhängigen Labor verifizieren zu lassen. Heller sagte, er „hoffe sehr, dies irgendwann auf den Markt zu bringen“ und halte es für ein „sehr interessantes und einen Versuch wertes“ Ziel.