Eine neue Methodik zur Untersuchung der Freisetzung fragmentierter Fasern, einschließlich Mikroplastik, unter Laborwäschebedingungen

Warum Ihre Wäsche für den Ozean wichtig ist

Jedes Mal, wenn wir unsere Kleidung waschen, lösen sich winzige Fäden und gelangen mit dem Abwasser in die Umwelt. Viele dieser Fragmente, darunter auch kunststoffbasierte Fasern, treiben in Flüsse, Seen und Ozeane, wo sie von Fischen und anderem Wildleben verschluckt werden können. Dieser Artikel stellt eine neue Methode vor, mit der sich mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit beobachten lässt, wie einzelne Fasern während des Waschens gebogen, geschüttelt und schließlich abgerissen werden. Durch das Verständnis der physikalischen Kräfte, die dabei wirken, wollen die Forschenden Ingenieuren helfen, Kleidung und Waschmaschinen so zu gestalten, dass weniger Fasern verloren gehen – und so eine große, aber weitgehend unsichtbare Quelle der Verschmutzung verringert wird.

Verborgene Fäden in der Umwelt

Textilfasern, egal ob sie aus Kunststoff, regenerierten Materialien wie Viskose oder aus natürlichen Quellen wie Baumwolle bestehen, wurden in nahezu allen untersuchten Lebensräumen nachgewiesen – von den tiefen Ozeanen bis zu entlegenen Küsten. Es ist heute bekannt, dass das Waschen von Kleidung eine der Hauptwege ist, über die diese sogenannten fragmentierten Fasern in die Umwelt gelangen; sie tragen schätzungsweise ein Drittel der primären Mikroplastikpartikel, die ins Meer gelangen, bei. Bestehende Prüfstandards konzentrieren sich darauf, die Menge des Materials zu wiegen, die nach dem Waschen von Kleidungsstücken abgeht. Das sagt zwar aus, wie viel freigesetzt wird, erklärt aber nicht, wie oder warum einzelne Fasern überhaupt von Textilien abbrechen und sich lösen. Ohne dieses mechanistische Verständnis ist es schwer, Textilien oder Waschzyklen gezielt zu verbessern.

Aufbau einer miniaturisierten, transparenten Waschmaschine

Um dieses Problem anzugehen, entwickelten die Autorinnen und Autoren eine Laboranordnung, die das turbulente, wirbelnde Wasser in einer Waschmaschine nachbildet, jedoch unter weit besserer Kontrolle. Im Zentrum ihres Systems steht ein klarer Acrylzylinder mit zwei Metallscheiben, die entgegengesetzt rotieren und starke umlaufende Strömungen sowie eine scharfe Schergegend erzeugen – ähnlich dem komplexen Fluss um sich drehende Wäsche. Ein einzelnes eingefärbtes Garn – entweder Polyester als Vertreter einer verbreiteten synthetischen Faser oder Baumwolle als Beispiel für eine natürliche Faser – wird mit einem sorgfältig gespannten Drahtgestell quer durch die Mitte des Zylinders gespannt. Diese Anordnung isoliert einen einzelnen Textilstrang in einem klar definierten Strömungsfeld, sodass seine Bewegung präzise verfolgt werden kann, statt in der Unordnung realer Waschladungen unterzugehen.

Wasser und Fasern gleichzeitig beobachten

Die Hauptinnovation besteht in der gleichzeitigen Messung der Wasserbewegung und der Faserbewegung im selben Bereich. Das Wasser ist mit winzigen hohlen Glasperlen dotiert, die sich mit der Strömung bewegen und von einem Laserblatt beleuchtet werden. Eine Hochgeschwindigkeitskamera erfasst diese Tracerpartikel, wodurch das Team das Geschwindigkeitsfeld des Wassers mittels einer als Particle Image Velocimetry bekannten Technik rekonstruieren kann. Eine zweite Kamera, ausgestattet mit einem Farbfilter, zeichnet nur das fluoreszierende Leuchten des speziell eingefärbten Garns auf und blendet die Partikel aus. Fortschrittliche Bildverarbeitung und ein optischer Fluss-Algorithmus wandeln diese Aufnahmen dann in Karten um, die zeigen, wie sich jeder Punkt entlang der Faser im Zeitverlauf bewegt, biegt und verdreht. Durch das Ausrichten der beiden Kamerablicke können die Forschenden lokale Strömungsmuster direkt mit der Reaktion der Faser bis hin zu Millimeter- und Millisekunden-Skalen vergleichen.

Was die Fasern unter Belastung offenbaren

Proof-of-Concept-Experimente zeigen, dass die Methode unterscheiden kann, wie verschiedene Materialien unter gleichen waschähnlichen Bedingungen reagieren. Polyestergarne blieben tendenziell relativ gerade, während Baumwollgarne stärkere Krümmung und Deformation zeigten, was ihre geringere Steifigkeit widerspiegelt. Die Visualisierungen offenbaren außerdem kleine Seitenfasern, die aus dem Garn herausragen und als Reaktion auf turbulente Wirbel oszillieren, wobei sie um ihre Ansatzpunkte schwenken. Schnelle Drehungen und Biegungen, manchmal nur innerhalb von Hundertstelsekunden, deuten auf hohe Belastungen an den Stellen hin, an denen die Faser am Garn ansetzt. Über viele solcher Zyklen hinweg führen diese Spannungen voraussichtlich zu Ermüdung und schließlich zum Bruch. Da sowohl Wasser- als auch Faserbewegungen quantifiziert werden, kann das Team jetzt Merkmale wie Wirbelstärke oder Oszillationsfrequenz mit der Wahrscheinlichkeit verknüpfen, dass eine gegebene Faser fragmentiert und sich löst.

Vom Laborverständnis zu saubererer Wäsche

Für Nichtfachleute ist die wichtigste Erkenntnis, dass diese neue Methode es Wissenschaftlern erlaubt, in Echtzeit „zu sehen“, wie Waschen Fasern schädigt, anstatt nur zu messen, was bereits abgebrochen ist. Dieses mechanistische Wissen eröffnet Wege zu intelligenteren Lösungen: etwa das Anpassen von Trommelgeschwindigkeiten und Wasserströmungsmustern, um die schädlichste Turbulenz zu mildern, oder das Neugestalten von Garnen und Geweben, sodass weniger lose Enden hervorstehen und Ermüdung reduziert wird. Obwohl die Laboranordnung die volle Komplexität realer Waschmaschinen vereinfacht, liefert sie eine wichtige Basislinie, um zu testen, wie Waschmittel, Wasserqualität und textile Strukturen die Faserabgabe beeinflussen. Letztlich könnten Ansätze wie dieser dazu beitragen, sowohl Kunststoff- als auch natürliche Faserverunreinigungen an ihrer Quelle zu verringern und die alltägliche Wäsche weniger schädlich für aquatische Ökosysteme zu machen.

Zitation: Palacios-Marín, Á., Palacios-Marín, A.V., Tausif, M. et al. A novel methodology to study the release of fragmented fibres, including microplastics, in laboratory washing conditions. Sci Rep 16, 11493 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41563-7

Schlüsselwörter: Mikroplastik, Wäscheverschmutzung, Textilfasern, Waschmaschinen, turbulenter Fluss