Algen gegen Mikroplastik im Abwasser

Gentechnisch veränderte Cyanobakterien entfernen innerhalb einer Stunde über 90 Prozent der Mikroplastikpartikel aus Abwasser und reinigen dabei gleichzeitig Nitrate, Ammoniak und Phosphate. Forscherinnen und Forscher der Texas A&M University haben die Methode im Dezember 2025 in Nature Communications veröffentlicht. Kläranlagen könnten damit erstmals auch Partikel unter 500 Mikrometern effizient zurückhalten, die bisherige Filter kaum erfassen.

Das Orangenaromen-Prinzip

Der Trick ist biochemisch elegant. Die Cyanobakterie Synechococcus elongatus wurde genetisch so verändert, dass sie Limonen produziert, den Stoff der Orangenschalen ihr charakteristisches Aroma verleiht. Limonen ist wasserabweisend (hydrophob). Da Mikroplastikpartikel ebenfalls hydrophob sind, verbinden sich die beschichteten Bakterien mit den Plastikteilchen wie Magnete. Sie bilden Klumpen, die absinken und sich von der Wasserphase trennen lassen.

Laut der Studie erreichte die Methode bei Polystyrolpartikeln zwischen 200 und 800 Nanometern eine Entfernungsrate von 91,4 Prozent. Selbst bei den kleinsten getesteten Partikeln (200 Nanometer) lag die Rate noch bei rund 80 Prozent. Diese Größenordnung ist entscheidend: Aktuelle Kläranlagen entfernen Mikroplastik unter 500 Mikrometern kaum systematisch. Die gesammelte Algen-Plastik-Biomasse lässt sich außerdem zu verstärkten Bioplastikfolien weiterverarbeiten, aus dem Abfallprodukt der Reinigung wird Rohstoff.

Dreifache Wirkung im Abwasser

Die veränderten Cyanobakterien tun mehr als Plastik fangen. Sie entfernen laut Studie gleichzeitig 47 bis 99 Prozent der Nitrate, nahezu 100 Prozent des Ammoniaks und nahezu alle Phosphate aus dem Abwasser. Diese Nährstoffbelastung ist ein zentrales Problem moderner Kläranlagen: Zu viel Stickstoff und Phosphor im Ablaufwasser fördert Algenblüten in Flüssen und Seen, die Ökosysteme langfristig schädigen können.

Das Nebeneinander von Mikroplastikentfernung und Nährstoffreinigung in einem einzigen biologischen Prozess unterscheidet die Methode von bisherigen Ansätzen, die auf physikalische Filterung oder chemische Flockungsmittel setzen. Laut einer Wirtschaftlichkeitsanalyse des Forschungsteams liegen die Produktionskosten bei etwa 3,58 US-Dollar pro Kilogramm Algenmasse. Bei Betrieb mit erneuerbarer Energie wäre der gesamte Prozess netto kohlenstoffnegativ.

Im Vergleich: Andere Ansätze gegen Mikroplastik

Mikroplastikentfernung ist ein aktives Forschungsfeld mit verschiedenen konkurrierenden Methoden.

Magnetische Nanopartikel, die an Plastikteilchen binden und dann mit Magnetfeldern aus dem Wasser gezogen werden können, erzielten in Studien Reinigungsraten von bis zu 85 Prozent. Der Nachteil: Die Nanopartikel selbst müssen vollständig aus dem Wasser entfernt werden, was technisch aufwendig und kostspielig ist. Zudem funktioniert die Methode bei Partikeln unter einem Mikrometer deutlich schlechter als die Cyanobakterien-Methode.

Biologische Reinigung über natürliche Biofilme in bestehenden Kläranlagen fängt heute als Nebeneffekt einen Teil der größeren Mikroplastikpartikel in Belebtschlammflocken. Ein direktes Eingreifen in den Prozess, wie es die gentechnisch veränderten Algen ermöglichen würden, fehlt bislang. Für die Kleinstpartikel unter 500 Nanometern, bei denen gesundheitliche Risiken diskutiert werden, gibt es derzeit keinen etablierten Reinigungsweg in kommunalen Kläranlagen.

Die Cyanobakterien-Methode schließt genau diese Lücke. Dass sie nebenbei auch Nährstoffe aus dem Wasser zieht, macht sie für Kläranlagenbetreiber doppelt interessant: Sie würde zwei bislang getrennte Reinigungsschritte in einem biologischen System zusammenführen.

Was Kläranlagen bräuchten, um das einzusetzen

Der Weg von der Laborpublikation zur Kläranlage ist lang. Drei Voraussetzungen fehlen noch.

Erstens muss die Methode unter realen Abwasserbedingungen getestet werden. Im Labor arbeitet man mit definierten Plastikpartikeln; echtes Abwasser enthält Tausende verschiedene Kunststofftypen, Tensid- und Arzneimittelrückstände sowie biologisches Material, das die Bakterien beeinflussen kann.

Zweitens müssen die gentechnisch veränderten Cyanobakterien die europäische Gentechnikregulierung passieren. Der Einsatz lebender genetisch veränderter Organismen in Kläranlagen fällt unter die EU-Richtlinie 2009/41/EG über die geschlossene Verwendung von GVO. Genehmigungsverfahren sind zeitaufwendig und variieren von Land zu Land.

Drittens ist Skalierung das klassische Nadelöhr in der Biotechnologie. Eine Reaktoranlage für eine mittelgroße Kläranlage, die täglich hunderttausende Kubikmeter Abwasser behandelt, wäre um viele Größenordnungen komplexer als die Laboranlage. Das Forschungsteam schätzt, dass Pilotanlagen ab 2028 realistisch sind, wenn ausreichend Förderung fließt.

Mikroplastik gilt seit dem EU-Beschluss von 2023, das absichtliche Hinzufügen von Mikroplastik zu vielen Produkten schrittweise zu verbieten, als regulatorische Priorität. Die Nachfrage nach Abwasserreinigungstechnologien, die Kleinstpartikel erfassen, wird steigen. Das Laborergebnis aus Texas A&M ist der notwendige erste Schritt. Wie weit der letzte noch entfernt ist, hängt davon ab, wie schnell Pilotprojekte folgen.