Multiscale mechanical performance of plant-based and hybrid yarns for biodegradable fishing Net
Diese Studie zeigt, dass sich zwar die Leistungsbewertungen der Materialien über die Skalen Garn, Knoten und Netz hinweg verschieben, spezifische pflanzliche und hybride Garnsysteme (insbesondere PALF/PALF) jedoch eine vielversprechende mechanische Wettbewerbsfähigkeit für die Entwicklung biologisch abbaubarer, weniger persistenter Fischernetze im Vergleich zu herkömmlichem Polyester bieten.
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Der Ozean erstickt derzeit an einer lautlosen, beständigen Form der Verschmutzung: weggeworfener Fischereiausrüstung. Wenn Netze, Fallen und Leinen auf See verloren gehen, verschwinden sie nicht einfach. Stattdessen treiben sie jahrelang umher und fangen weiterhin Fische, Schildkröten und Seevögel in einem Phänomen, das als Geisternetzen bekannt ist. Jahrzehntelang bestand die Lösung für dieses Problem darin, natürliche Fasern wie Baumwolle oder Hanf durch synthetische Kunststoffe wie Nylon oder Polyester zu ersetzen. Diese menschengemachten Materialien sind unglaublich stark und widerstehen dem Verrotten, was für ein Fischernetz zwar hervorragend ist, aber katastrophal für die Umwelt, wenn die Ausrüstung verloren geht. Genau die Haltbarkeit, die sie nützlich macht, bedeutet auch, dass sie über Jahrhunderte im Ozean verbleiben, in Mikroplastik zerfallen und weiterhin das Leben im Meer schädigen. Wissenschaftler suchen nun nach einem Mittelweg: Materialien, die stark genug sind, um Fische zu fangen, aber biologisch abbaubar genug, um zu verschwinden, falls sie verloren gehen. Die Herausforderung besteht darin, pflanzliche Fasern zu finden, die die Zähigkeit von Kunststoff erreichen können, ohne während des Gebrauchs zu schnell auseinanderzufallen.
Ein Forschungsteam der Hong Kong University of Science and Technology setzte sich zum Ziel, diese Idee zu testen, indem es Fischernetze aus Pflanzenfasern baute und zerstörte. Sie konzentrierten sich auf zwei spezifische Naturmaterialien: Ananasblattfaser, ein Nebenprodukt der Fruchtindustrie, und Hanf, eine traditionelle Textilpflanze. Um zu sehen, wie diese Materialien unter realen Bedingungen bestehen würden, testeten die Forscher die Materialien nicht nur auf der Ebene eines einzelnen Fadens. Stattdessen untersuchten sie die Materialien auf drei verschiedenen Komplexitätsstufen, ausgehend von einem einfachen gedrehten Garn über einen verknoteten Abschnitt bis hin zu einem vollständigen Netzpaneel. Sie verglichen diese pflanzlichen Optionen mit Standard-Polyester und verschiedenen Mischungen aus beiden. Das Ziel war zu verstehen, wie sich die Festigkeit der Faser verändert, wenn sie gedreht, zu einem Knoten gebunden und zu einem Netz gewebt wird, denn ein Material, das auf einem Tisch stark ist, kann sich sehr anders verhalten, wenn es Teil einer komplexen Struktur unter Spannung ist.
Die Forscher begannen damit, Stränge dieser Fasern zu gedrehten Zweifadengarnen zu verzwirnen, und testeten sie bei unterschiedlichen Festigkeitsgraden, um den optimalen Punkt zu finden. Sie entdeckten, dass die Beziehung zwischen der Festigkeit des Garns und der Stärke der Drehung nicht für jedes Material gleich ist. Bei der Ananasblattfaser wurde das Garn signifikant stärker, wenn es auf ein bestimmtes mittleres Niveau gedreht wurde, aber wenn es zu fest gedreht wurde, wurde es tatsächlich schwächer. Im Gegensatz dazu wurde das Polyestergarn durch die zunehmende Drehung einfach dehnbarer. Durch die Analyse der Daten ermittelte das Team, dass ein spezifisches Verzwirnungsniveau die beste Gesamtkombination aus Festigkeit und Flexibilität für alle getesteten Materialien bot, was die ideale Bedingung für den Bau der Netze darstellte. Sie setzten die Fasern auch Seewasser aus, um zu sehen, wie sie degradieren. Die Ergebnisse waren deutlich: Das Polyester blieb weitgehend unverändert, während Hanf- und Ananasfasern sichtbare Verschleißerscheinungen zeigten, einschließlich Rissen und abblätternder Oberflächen, was bestätigte, dass die Pflanzenmaterialien tatsächlich anfällig für die Meeresumwelt sind.
Als Nächstes ging das Team zum Knoten über, dem kritischsten Punkt des Versagens in jedem Fischernetz. Wenn ein Netz gezogen wird, ziehen sich die Knoten fest und tragen die Hauptlast. Die Forscher banden Doppelknoten (Double Weaver's Knots), eine im Fischfang übliche Art, und zogen sie, bis sie brachen. Hier verschob sich die Leistung der Materialien auf überraschende Weise. Das reine Ananasfasergarn hielt die höchste absolute Last vor dem Reißen und übertraf in diesem speziellen Test sogar das Polyester. Die Polyester-basierten Mischungen waren jedoch besser darin, ihre ursprüngliche Festigkeit nach dem Binden eines Knotens zu behalten. Das reine Hanfgarn schnitt am schlechtesten ab und verlor mehr als die Hälfte seiner Festigkeit, sobald es verknotet wurde. Dieser Befund verdeutlichte eine entscheidende Lektion: Ein Material, das für sich genommen stark ist, macht nicht zwangsläufig einen starken Knoten. Die raue Oberfläche der Ananasfasern schien dazu zu führen, dass sie sich innerhalb des Knotens fest aneinander griffen, was es der Struktur ermöglichte, sich neu anzuordnen und zu straffen, ohne sofort zu reißen, während die glatteren Hanffasern rutschten und früher versagten.
Schließlich montierten die Forscher diese Garne zu kleinen Netzpaneelen, um zu sehen, wie sich die gesamte Struktur unter Belastung verhält. Sie nutzten Computersimulationen, um Netze mit kleinen Maschenweiten mit solchen mit größeren Maschenweiten zu vergleichen, und fanden heraus, dass Netze mit größeren Öffnungen die Spannung im Allgemeinen gleichmäßiger verteilten und mehr Gewicht halten konnten, bevor sie versagten. Als sie die physischen Netze testeten, erwies sich das reine Ananasfasernetz als das robusteste, da es die höchste Kraft aushielt, bevor es riss. Es konnte die Last dehnen und über das gesamte Netz verteilen, wodurch verhindert wurde, dass ein einzelner Punkt zu früh versagte. Das Polyesternetz war ebenfalls sehr stark, erreichte jedoch etwas schneller seine Grenze. Das Hanznetz versagte trotz eines sehr gleichmäßigen Dehnungsmusters bei einem viel geringeren Gewicht. Die Studie kam zu dem Schluss, dass Polyester zwar der Maßstab für Haltbarkeit und Dehnbarkeit bleibt, das vollständig pflanzliche Ananasfasersystem jedoch eine mechanisch konkurrenzfähige Alternative darstellt. Dies deutet darauf hin, dass Fischernetze mit dem richtigen Design aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt werden könnten, die stark genug sind, um den Job zu erledigen, aber sanft genug, um zu verschwinden, falls sie auf See verloren gehen, was einen vielversprechenden Weg zur Reduzierung der Plastikbelastung der Ozeane bietet.
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