{"id":149324,"date":"2024-08-12T07:23:00","date_gmt":"2024-08-12T05:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=149324"},"modified":"2024-08-08T14:54:42","modified_gmt":"2024-08-08T12:54:42","slug":"mikroplastik-verstehen-mit-high-speed-kameras","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mikroplastik-verstehen-mit-high-speed-kameras\/","title":{"rendered":"Mikroplastik verstehen \u2013 mit High-Speed-Kameras"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Mikroplastik ist ein weltweites Problem: Es gelangt in Fl\u00fcsse und Meere, es reichert sich in Lebewesen an und st\u00f6rt ganze \u00d6kosysteme. Wie sich winzige Partikel in einer Str\u00f6mung verhalten, ist wissenschaftlich schwer zu beschreiben \u2013 besonders bei d\u00fcnnen Fasern, die mehr als die H\u00e4lfte der Mikroplastik-Kontamination in marinen Lebewesen ausmachen. In turbulenten Str\u00f6mungen l\u00e4sst sich ihre Bewegung kaum vorhersagen.<\/strong><\/p>\n\n\n

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\"Giuseppe
Giuseppe Caridi (links) und Vlad Giurgiu (rechts) \u00a9 Dalmonia Rognean<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

An der TU Wien gelang es nun in Experimenten in einem Str\u00f6mungskanal mit Hilfe von High-Speed-Kameras, das Verhalten solcher Mikroplastik-Fasern genau zu charakterisieren. Das soll nun die Grundlage f\u00fcr neue Modelle werden, mit denen man die Ausbreitung von Mikroplastik global vorhersagen m\u00f6chte. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal \u201ePhysical Review Letters\u201c publiziert.<\/p>\n\n\n\n

Kleine, gekr\u00fcmmte Fasern<\/h3>\n\n\n\n

\u201eWie sich Mikroplastik-Teilchen bewegen, verteilen und ablagern, h\u00e4ngt von ihrer Rotationsdynamik ab\u201c, erkl\u00e4rt Vlad Giurgiu, Erstautor der aktuellen Publikation und Doktorand im Team von Prof. Alfredo Soldati an der TU Wien. \u201eBei ann\u00e4hrend kugelf\u00f6rmigen Teilchen ist das leicht zu analysieren. Aber oft hat man es mit langgezogenen, gekr\u00fcmmten Mikrofasern zu tun.\u201c In diesem Fall kommt es zu komplizierten Effekten: Die Fasern k\u00f6nnen in allen drei Raumrichtungen rotieren, diese Rotation beeinflusst auch ihre Wechselwirkung mit der umgebenden Str\u00f6mung.<\/p>\n\n\n\n

\u201eIn einer perfekt gleichm\u00e4\u00dfigen, laminaren Str\u00f6mung k\u00f6nnten wir das Verhalten von einfachen Objekten, zum Beispiel von Kugeln oder Ellipsoiden, theoretisch vorhersagen\u201c, sagt Marco De Paoli (Institut f\u00fcr Str\u00f6mungsmechanik und W\u00e4rme\u00fcbertragung, TU Wien). \u201eAber in der echten Welt hat man es weder mit perfekt laminaren Str\u00f6mungen zu tun, noch mit perfekt symmetrischen Partikeln. Stattdessen treten Turbulenzen auf, und die Teilchen haben komplexe geometrische Formen, die den Transport ma\u00dfgeblich beeinflussen und eine theoretische Vorhersage unm\u00f6glich machen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Was dabei genau passiert, ist schwer zu berechnen. \u201eEs gab dazu schon verschiedene Computersimulationen, aber sie beruhen auf vereinfachten Modellen, um das Verhalten der Fasern zu beschreiben\u201c, sagt Vlad Giurgiu. \u201eMan braucht daher experimentelle Daten, mit denen man die theoretischen Modelle vergleichen und verbessern kann.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Genau diese Daten lassen sich am Str\u00f6mungskanal der TU Wien am Science Center (Arsenal, Wien) messen. Auf einer Wegl\u00e4nge von 8,5 Metern k\u00f6nnen dort kontrollierte Str\u00f6mungen erzeugt werden. Kleine, gekr\u00fcmmte Mikroplastik-Fasern mit einer L\u00e4nge von rund 1,2 Millimetern wurden in das Wasser eingebracht und einer turbulenten Str\u00f6mung ausgesetzt.
Sechs Kameras sehen mehr als zwei<\/p>\n\n\n\n

Knapp \u00fcber der Wasseroberfl\u00e4che installierte das Team sechs Spezialkameras: Mit einer Frequenz von 2000 Bildern pro Sekunde wurden hochaufl\u00f6sende Aufnahmen der Mikroplastik-Teilchen in der Str\u00f6mung gesammelt. Aus den Bildern l\u00e4sst sich dann die dreidimensionale Position und Ausrichtung jedes einzelnen Mikroplastik-Teilchens errechnen. \u201eTheoretisch w\u00fcrde das auch mit nur zwei Kameras funktionieren, aber mit sechs Kameras werden die Daten noch verl\u00e4sslicher und genauer, besonders wenn die Konzentration der Teilchen hoch ist\u201c, erkl\u00e4rt Giuseppe Carlo Alp Caridi, Koautor der Studie und Leiter der optischen Rekonstruktion am Institut f\u00fcr Str\u00f6mungsmechanik und W\u00e4rme\u00fcbertragung.<\/p>\n\n\n\n

Auf diese Weise kann man eine gro\u00dfe Datenmenge \u00fcber das Bewegungsverhalten hunderttausender Mikroplastik-Teilchen extrahieren und anschlie\u00dfen statistisch untersuchen. \u201eSo zeigte sich zum Beispiel, dass die Fasern in der N\u00e4he einer Wand ein ganz anderes Verhalten zeigen als in der Mitte des Fl\u00fcssigkeitsstroms, weit entfernt von den W\u00e4nden\u201c, erkl\u00e4rt Vlad Giurgiu.<\/p>\n\n\n\n

Damit steht nun erstmals zuverl\u00e4ssiges Datenmaterial zur Verf\u00fcgung, um theoretische Rechenmodelle \u00fcber das Verhalten solcher Teilchen zu validieren. Damit soll sich in Zukunft auch die Ausbreitung von Mikroplastik-Fasern auf gro\u00dfer Skala vorhersehen lassen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eStellen Sie sich vor, sie haben ein Schiff, das Mikroplastik aus dem Meerwasser filtern kann\u201c, sagt Marco De Paoli. \u201eDann m\u00fcssen Sie wissen, wo sie dieses Schiff am besten hinschicken \u2013 denn der Ozean ist gro\u00df. Wenn man das Verhalten der Partikel genau versteht, dann l\u00e4sst sich die Antwort mit gro\u00dfer Zuverl\u00e4ssigkeit berechnen.\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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