自己洗浄フィルター設計により、小さな繊維片による目詰まりのリスクを排除します。

 

 

4人世帯の洗濯機からの排水は、主に繊維の摩耗によって年間最大500グラムのマイクロプラスチックを発生させる。したがって、家電製品はこれらの微小粒子の最も重要な発生源の一つである。現在、マイクロプラスチックは下水処理場の汚泥に直接流入している。この汚泥は肥料として使用されることが多いため、繊維は最終的に農地に流出することになる。

多くのメーカーは、洗濯水からマイクロプラスチックを除去し、環境への流出を防ぐ方法を模索してきた。「しかし、これまで利用可能なフィルターシステムには様々な欠点がある」とボン大学有機体生物学研究所のレアンドラ・ハーマン博士は説明する。「一部のシステムはすぐに目詰まりを起こし、他のシステムは十分な濾過性能を提供しない」

 

魚の口の中を覗く

 

そこで、この科学者は、博士課程の指導教官であるアレクサンダー・ブランケ博士や同僚たちとともに、解決策を探るために動物界に目を向けました。チームは、ろ過技術の真の達人といえる魚類に焦点を当てました。魚類は、何億年もの間、このろ過技術を進化させてきたのです。

 

一部の魚は濾過摂食を行う。例えばサバ、イワシ、アンチョビなどがこれに該当する。口を開けたまま水中を泳ぎ、鰓弓系でプランクトンを濾し取る。「我々はこのシステムの構造を詳細に観察し、洗濯機で使用可能なフィルター開発のモデルとして活用した」と語るのは、ボン大学の学際研究領域「生命と健康」「持続可能な未来」のメンバーであるブランケ氏である。

 

これらの魚は進化の過程で、横流式ろ過に似た技術を発達させた。鰓弓（えらぐち）システムは漏斗状をしており、口元で最も広く、咽頭に向かって細くなっている。漏斗の壁は鰓弓によって形成されている。鰓弓には櫛状の構造（鰓弓）があり、それ自体が小さな歯で覆われている。これにより鰓弓によって張られた網目状の構造が作られる。

 

自己洗浄：プランクトンが咽頭へ転がり込む

 

「摂食時には、水が透過性のある漏斗壁を通過し、濾過される。その後、粒子を含まない水は鰓を通じて環境へ戻される」とブランケは説明する。「しかしプランクトンは大きすぎてこの仕組みを通過できず、天然の篩構造によって捕捉される。漏斗形状のおかげで、プランクトンは食道へと転がり込み、魚が飲み込むまでそこで貯留される。飲み込み動作によってシステムは空になり、洗浄されるのだ」

 

この原理により、フィルターが詰まるのを防ぎます。繊維がフィルターに正面から衝突する代わりに、フィルターに沿って転がりながら咽頭部へ向かうのです。このプロセスは非常に効果的で、水中のプランクトンをほぼ完全に除去します。マイクロプラスチックフィルターも、この両方の側面を実現できなければなりません。そこで研究者らは鰓弓システムを再現しました。その際、ふるい構造のメッシュサイズと漏斗の開口角度の両方を変化させています。

 

フィルターは高い効率を達成する

 

「こうして我々は、水中のマイクロプラスチックの99％以上を除去しつつも目詰まりを起こさないフィルターのパラメータ組み合わせを見出した」とハーマンは述べる。この成果を得るため、チームは実験だけでなくコンピューターシミュレーションも活用した。自然を模したこのフィルターは複雑な機構を一切含まず、製造コストが極めて低廉であるはずだ。

 

洗濯水からろ過されたマイクロプラスチックはフィルター出口に集積され、1分間に数回吸引除去される。現在カナダ・エドモントンのアルバータ大学に移籍した研究者によれば、その後例えば機械内で圧縮して残留水分を除去できるという。こうして生成されたプラスチックペレットは数十回の洗濯ごとに回収し、一般廃棄物として処分可能だ。

 

ボン大学とフラウンホーファー環境・安全・エネルギー技術研究所UMSICHTの研究チームは、この開発技術についてドイツで既に特許を出願済みであり、EU全域での特許取得手続きが現在進行中である。研究者らは今後、メーカーがこのフィルターをさらに改良し、次世代の洗濯機に組み込むことを期待している。これにより、繊維製品からのマイクロプラスチック拡散を少なくともある程度は抑制できるだろう。そしてそれは必要不可欠だ。分析によれば、これらの微粒子は健康に深刻な被害をもたらす可能性がある。母乳や胎盤、さらには脳内からも検出されている。