Ein Forschungsteam an der University of Missouri in den Vereinigten Staaten hat kürzlich eine gentechnisch veränderte Alge entwickelt, die schädliches Mikroplastik bei der Abwasseraufbereitung effizient „einfangen“ und recyceln soll und damit einen neuen technologischen Weg zur Bewältigung dieses hartnäckigen Umweltverschmutzungsproblems bietet.
Das Projekt wird von Susie Dai geleitet, Professorin am University of Missouri College of Engineering und Hauptforscherin am Bond Life Sciences Center. Ihr Team hat einen speziellen Algenstamm entwickelt, der sich an Mikroplastikpartikel im Wasser binden und diese aus kontaminiertem Wasser trennen kann. Die Forschung zielt nicht nur darauf ab, Mikroplastik-Emissionen zu reduzieren, sondern versucht auch, recycelte Kunststoffe und Algenbiomasse gemeinsam „upzucyceln“, um neue Materialien wie Verbundfolien aus Biokunststoff herzustellen.
Desusi wies darauf hin, dass Mikroplastik fast überall vorkommt, von Teichen, Seen, Flüssen bis hin zu verschiedenen Abwassersystemen und sogar in von Menschen gefressenen Fischen. Derzeit greifen die meisten Kläranlagen vor allem auf bestehende Verfahren zur Entfernung größerer Plastikpartikel zurück, während winziges Mikroplastik oft „durch das Netz schlüpft“ und schließlich in das Trinkwassersystem gelangt, wo es weiterhin die Umwelt belastet und das Ökosystem schädigt.
In der neuesten Forschung nutzte das Team genetische Veränderungen, um Algen in die Lage zu versetzen, Limonen zu synthetisieren, eine natürliche Ölverbindung, die auch die Hauptquelle des Orangengeschmacks ist. Limonen verleiht Algen eine erhebliche Hydrophobie, und Mikroplastik selbst hat ebenfalls hydrophobe Eigenschaften, wodurch es im Wasser leicht aneinander adsorbiert werden kann. Wenn diese manipulierten Algen mit Wasser in Kontakt kommen, das Mikroplastik enthält, „kleben“ die Mikroplastikpartikel an den Algenzellen und verklumpen zu Klumpen, wodurch größere flockige Klumpen entstehen, die sich nach dem Absetzen relativ leicht vom Wasser trennen lassen.
Diese Art von modifizierten Algen fängt nicht nur Mikroplastik ein, sondern kann auch in eutrophen Abwasserumgebungen gut wachsen und durch die Aufnahme überschüssiger Nährstoffe weiter am Wasserreinigungsprozess teilnehmen. Daisusi sagte, dass durch dieses System die drei Ziele „Mikroplastik entfernen“, „Abwasser reinigen“ und „Mikroplastik und Algen zu nützlichen Biokunststoffprodukten verarbeiten“ gleichzeitig in einem Prozess erreicht werden können. Auch wenn sich die Forschung noch in einem frühen Stadium befindet, besteht die langfristige Vision des Teams darin, dieses neue Verfahren in bestehende städtische Kläranlagen zu integrieren, damit Städte die Effizienz der Wasseraufbereitung verbessern und die Umweltverschmutzung reduzieren können, während sie gleichzeitig neue Materialprodukte mit Anwendungswert erhalten.
Um die Technologie in die Praxis umzusetzen, führt das Team Scale-up-Experimente mit Bioreaktoren unter kontrollierten Bedingungen durch. Eines der 100 modernisierten biologischen Reaktionssysteme namens „Shrek“ wurde zur Behandlung industrieller Rauchgase eingesetzt und untersucht die Möglichkeit, die Luftverschmutzung durch Algenabsorption zu reduzieren. Mit Blick auf die Zukunft plant das Forschungsteam den Bau eines größeren Bioreaktors und die Ausweitung dieser Plattform auf weitere Szenarien wie die Abwasserbehandlung, um die Effizienz der Entfernung verschiedener Umweltschadstoffe zu verbessern.