Mikroplastik ist in der Umwelt allgegenwärtig – in städtischen Gebieten ebenso wie im arktischen Eis und in den Ozeanen. Auch in zahlreichen Nahrungsmitteln, dem Trinkwasser und sogar im menschlichen Stuhl wurde es bereits nachgewiesen. Welchen Einfluss die winzigen Plastikpartikel auf die menschliche Gesundheit haben, ist noch unklar. Mikroplastik entsteht vor allem, wenn größere Plastikteile durch Witterungseinflüsse in kleinere Teile zerfallen. Einmal in der Umwelt, ist es bislang fast unmöglich, die weniger als fünf Millimeter kleinen Partikel wieder zu beseitigen. Auf natürlichem Weg dauert ihre Zersetzung hunderte Jahre. Etwas schneller geht es durch den Einfluss von Sonnenlicht. Auch dies dauert allerdings mehrere Jahre bis Jahrzehnte.
Mikroroboter auf Plastikjagd
Ein Team um Seyyed Mohsen Beladi-Mousavi von der Universität für Chemie und Technologie in Prag hat nun eine Möglichkeit getestet, das Sonnenlicht wirksam zur Zersetzung von Mikroplastik einzusetzen. Der Schlüssel dazu sind sogenannte Photokatalysatoren, die mit der Energie des Sonnenlichts hochreaktive Verbindungen erzeugen, die in der Lage sind, Plastik chemisch in seine Bestandteile zu zerlegen. Das Problem bisheriger Ansätze war es, die Katalysatoren mit dem Plastikpartikeln in Kontakt zu bringen. Dafür waren bislang aufwändige Vorbehandlungen oder sperrige mechanische Rührwerke erforderlich. In freier Natur ließen sich solche Systeme nicht anwenden – zumal einige der Katalysatoren selbst giftig waren und die Umwelt weiter belastet hätten.
Mohsen Baladi-Mousavi und seine Kollegen haben nun eine mögliche Lösung für diese Probleme gefunden: Aus photokatalysatorischen Materialien konstruierten sie Mikroroboter, die selbstständig zu den Mikroplastikpartikeln schwimmen, an diese binden und sie zersetzen. Die Roboter sind mit vier bis acht Mikrometern nur ungefähr so groß wie eine Bakterienzelle. Ihr Hauptbestandteil ist eine sternförmige Struktur aus dem Halbleiter-Material Bismutvanadat, das als Photokatalysator wirkt. Beschichtet ist jedes Teilchen mit magnetischem Eisenoxid. Als Treibstoff dient den Mikrorobotern sichtbares Licht sowie Wasserstoffperoxid in einer Konzentration, wie es natürlicherweise in Wasser vorkommt.
Plastikoberfläche wird löchrig
„Die intelligenten, von sichtbarem Licht angetriebenen Mikroroboter können Mikroplastik im Vorbeischwimmen einfangen und abbauen“, schreiben die Forscher. In ihren Experimenten ließen sie die Mikroroboter durch ein Labyrinth von Kanälen schwimmen, in dem sich vier verschiedene Arten von Kunststoffen befanden. Besonders gut interagierten die Roboter mit Partikeln der Kunststoffe Polymilchsäure (PLA) und Polycaprolacton (PCL). Hier fingen sie rund 70 Prozent der Teilchen ein. Etwas weniger effektiv waren sie für Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP) – wahrscheinlich weil die Oberfläche dieser Kunststoffe besonders wasserabweisend ist.
