Bioshoreline: Biologisch abbaubare Geotextilien für Ufersicherungen

Die Entwicklung eines biologisch abbaubaren Geotextils aus nachwachsenden Rohstoffen zur Anwendung als temporärer Filter für technisch-biologische Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen, das heißt für umweltfreundliche Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen, ist das Ziel im Forschungsprojekt »Bioshoreline«. Der neuartige Geotextilfilter soll im Anfangszustand nach Einbau der Ufersicherung den Boden im Uferbereich zurückhalten, bis die Pflanzenwurzeln ausreichend gewachsen sind und die Filterfunktion übernehmen können. Der Geotextilfilter baut sich parallel nach und nach vollständig ab. Das Projektteam BNP Brinkmann GmbH & Co. KG, Trevira GmbH, FKuR Kunststoff GmbH, Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und Fraunhofer UMSICHT führt dafür eine Mischung aus schnell abbaubaren Naturfasern und biobasierten, langsam abbaubaren synthetischen Fasern in einem Geotextilvlies zusammen und testet insbesondere die technischen Eigenschaften und biologische Abbaubarkeit. Mit dieser Entwicklung erschließt das Projektteam ein neues Anwendungsgebiet für biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe.

An Binnenwasserstraßen führt der Schiffsverkehr zu einer wechselnden hydraulischen Belastung der Ufer. Mit Einführung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) sollen die bisher überwiegend technisch gesicherten Ufer durch die Verwendung von Pflanzen langfristig naturnäher gestaltet werden. 

Für den Anfangszustand, bis die verwendeten Pflanzen ausreichend Wurzeln gebildet haben, sind in der Regel zusätzliche Befestigungen und Maßnahmen zur Gewährleistung der Uferstandsicherheit erforderlich. Dazu gehören auch temporäre Geotextilvliese, die in den ersten drei Jahren nach Einbau die Filterstabilität im Uferbereich gewährleisten. Diese müssen den Boden zurückhalten und eine ausreichende Durchlässigkeit und Festigkeit besitzen und dabei gleichzeitig gut durchwurzelbar sowie langfristig biologisch abbaubar sein, um die Durchgängigkeit für Kleinstlebewesen im Uferbereich nicht dauerhaft einzuschränken. Wenn geeignete Filtervliese zur Verfügung stehen, kann damit die Anwendbarkeit naturnäherer Ufersicherungsmaßnahmen an Binnenwasserstraßen erhöht werden.

Geotextilfilter schließt Forschungslücke

Bisher für technisch-biologische Ufersicherungen getestete biologisch abbaubare Vliese sind unter den gegebenen Belastungen nicht ausreichend stabil und bauen sich zu schnell ab. Alternativen aus Kunststoff sind zwar stabil und langlebig, bleiben aber dauerhaft im Boden erhalten. Eine geeignete Lösung, die alle Anforderungen erfüllt, fehlt bislang.

Mit der Entwicklung eines biologisch abbaubaren Geotextilfilters aus nachwachsenden Rohstoffen schließen die Verbundpartner*innen des Projekts »Bioshoreline« diese Lücke. Der Geotextilfilter, der alle erforderlichen Anforderungen erfüllen soll, wird aus verschiedenen schnell abbaubaren Naturfasern und langsam abbaubaren industriell geschaffenen Fasern zusammengesetzt, wobei die technischen Anforderungen für mindesten drei Jahre erfüllt werden.

In mehreren Optimierungsschritten wurden Prototypen der Geotextilfilter hergestellt und charakterisiert, so dass diese den Vorgaben der Bundesanstalt für Wasserbau zur Sicherung der Ufer entsprechen. Dazu fand zunächst eine Auswahl geeigneter Rohstoffe statt. Die Verarbeitungseigenschaften und die biologische Abbaubarkeit der synthetischen Fasern mussten dafür angepasst und die Verarbeitungsbedingungen zur Herstellung erarbeitet werden. Für die Auswahl passender Fasern für die Prototypen wurden neben den verschiedenen Zusammensetzungen und den damit einhergehenden unterschiedlichen Abbauzeiten auch die Verarbeitungseigenschaften zu Vliesen untersucht.  

Die generelle Durchwurzelbarkeit der hergestellten Geotextilfilter wurde von den Projektpartnern BAW und Fraunhofer UMSICHT mit Weidenspreitlagen als Bepflanzung in speziellen Versuchskästen nachgewiesen. Allerdings wurden dabei mit Geotextil im Vergleich zu den Kästen ohne Geotextil weniger und kürzere Wurzeln und Sprosse innerhalb von sechs bzw. acht Monaten festgestellt.

Im Januar 2020 erfolgte der Einbau der verschiedenen Prototypen an der Versuchsstrecke der BAW am Rhein bei Worms auf einem 30 m x 6 m großen Böschungsabschnitt unter Steinmatratzen. Durch wechselnde Wasserstände kann der biologische Abbau bei unterschiedlichen hydraulischen Belastungen ermittelt werden. In verschiedenen Zeitabständen werden Proben entnommen und geprüft. Ziel ist zunächst eine Bewertung der Eigenschaften nach drei Jahren und langfristig der Nachweis des Abbauprozesses des Geotextils in Abhängigkeit von der Zeit unter Wasserstraßenbedingungen. Parallel wurde im Februar 2021 am Rhein eine Weidenspreitlage auf dem neu entwickelten Geotextil eingebaut, um dessen Durchwurzelbarkeit und die Entwicklung der Weiden auf dem Geotextil untersucht. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse aus Freiland- und Durchwurzelungsversuchen erfolgt eine weitere Optimierung des Geotextils.

• BNP Brinkmann GmbH & Co. KG
• Trevira GmbH
• FKuR Kunststoff GmbH
• BAW Bundesanstalt für Wasserbau