Algen entfernen 91% des Mikroplastiks in einer Stunde

Jeden Tag fließen Millionen Kubikmeter Abwasser durch Kläranlagen, die für Mikroplastik nicht ausgelegt sind. Was an Kunststoffpartikeln durchkommt, landet in Flüssen und Ozeanen. Forscherin Prof. Susie Y. Dai von der University of Missouri hat jetzt gezeigt, dass genetisch veränderte Algen dieses Problem an der Quelle lösen könnten: Durch die Produktion von Limonen, dem natürlichen Orangenaroma, ziehen die Algen Mikroplastikpartikel an sich, binden sie fest und versenken sie auf den Reaktorboden. Die im Dezember 2025 in Nature Communications erschienene Studie erreichte 91,4 Prozent Effizienz bei Polystyrol in einer Stunde.

Fünf Gramm Plastik pro Woche

Mikroplastik ist allgegenwärtig. Im Atlantik schwimmen in den oberen 200 Metern bis zu 2.200 Partikel pro Kubikmeter Wasser. Jährlich gelangen elf bis vierzehn Millionen Tonnen Plastik neu in die Weltmeere. Der Mensch nimmt schätzungsweise fünf Gramm Mikroplastik pro Woche auf, durch Trinkwasser, Nahrung und Atemluft, das entspricht dem Gewicht einer Kreditkarte.

Das Problem für die Wasserwirtschaft: Konventionelle Kläranlagen sind auf Mikroplastik nicht ausgelegt. UV-Bestrahlung, seit den 1990er Jahren Standard in deutschen Kläranlagen, tötet Bakterien und Viren zuverlässig, lässt Mikroplastikpartikel aber unverändert. Membranfiltration kann Partikel physisch heraushalten, benötigt aber Druckpumpen und regelmäßigen Membranwechsel. Biologische Verfahren gelten als kostengünstiger und energiesparender, erzielten mit natürlichen Algenstämmen wie Chlorella vulgaris bisher aber nur 73 bis 84 Prozent Effizienz, wie Dais Studie im direkten Vergleich belegt.

Das Orangenaroma als molekulare Falle

Dai und ihr Team veränderten eine Grünalge genetisch so, dass sie Limonen ausschüttet, das natürliche Öl aus Orangenschalen. Limonen ist wasserabweisend, hydrophob in der Fachsprache. Mikroplastikpartikel sind ebenfalls hydrophob. Die Folge: Kunststoffpartikel haften an der Algenmembran, akkumulieren zu einer festen Biomasse und sinken gemeinsam auf den Reaktorboden. Die Schicht lässt sich abschöpfen und isolieren.

Die Forscher testeten das Verfahren mit Polystyrol (PS), Polyethylen (PE) und Polyethylenterephthalat (PET), drei der häufigsten Kunststoffarten in Gewässern. Die 91,4-Prozent-Effizienz gilt für Polystyrol innerhalb einer Stunde unter Laborbedingungen. Pro Gramm Algenbiomasse bindet das System 0,1 Gramm Mikroplastik. Zusätzlich wächst die Alge in Abwasser und nimmt dabei überschüssige Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor auf. Die gesammelte Biomasse ließe sich nach Angaben des Teams zu Bioplastik weiterverarbeiten.

Im Vergleich: Was bisherige Methoden leisten

Die Leistungssteigerung gegenüber unveränderten Algenstämmen ist durch die Studie direkt belegt: Natürliche Chlorella-vulgaris-Kulturen entfernen unter vergleichbaren Bedingungen 73 bis 84 Prozent des Mikroplastiks. Die neue Methode überbietet das um mindestens sieben Prozentpunkte und kombiniert dabei Nährstoffentfernung und Rohstoffgewinnung in einem Schritt.

Physikalisch-chemische Verfahren haben andere Schwächen. Aktivkohlefilter, die in erweiterten Reinigungsstufen mancher Kläranlagen eingesetzt werden, adsorbieren gelöste Schadstoffe wie Arzneimittelrückstände und Hormone, sind aber auf chemische Bindung gelöster Moleküle optimiert und nicht auf das Abfangen kleiner Plastikpartikel. Ein weiteres Vergleichsprojekt: Die mykoremedialen Ansätze mit Pilzen, mit denen Forscher seit den 2000er Jahren Öl aus Böden und Gewässern entfernen, zeigen, dass biologische Systeme grundsätzlich schwer abbaubare Schadstoffe binden können. Der entscheidende Unterschied zum Mizzou-Verfahren: Pilze bauen Öl chemisch ab, die Algen binden Plastik physisch und machen es bergbar.

Was den Sprung in die Kläranlage noch braucht

Drei konkrete Hürden trennen das Labor von der industriellen Anwendung. Erstens: Die Studie testete bisher nur drei Kunststoffarten. Echtes Abwasser enthält Dutzende verschiedene Polymertypen sowie Schwermetalle und Industriechemikalien, die den Limonen-Mechanismus stören könnten. Zweitens: Der größte bisher getestete Reaktor, intern "Shrek" genannt, fasst 100 Liter. Kläranlagen verarbeiten täglich Millionen Kubikmeter. Das Scale-up ist technisch und ökonomisch noch ungeklärt. Drittens ist offen, ob das aus der Biomasse gefertigte Bioplastik tatsächlich Mikroplastik dauerhaft bindet oder das Problem nur in eine andere Form überführt.

Das Team will als nächstes Tests in komplexeren Abwässern durchführen. Bis zur ersten Pilotanlage rechnen Beobachter mit fünf bis zehn Jahren. Das Verfahren löst nicht das Problem der bereits im Ozean schwimmenden Partikel. Es setzt aber am wirkungsvollsten Punkt an: bevor das behandelte Abwasser wieder in Flüsse und Meere fließt.