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, Inorama Ventures Fibers Germany GmbH (ehemals 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 weitgehend 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 der BAW mit Weidenspreitlagen als Bepflanzung sowohl in speziellen Versuchskästen als auch im Freiland an der Versuchsstrecke am Rhein nachgewiesen. Dabei wurden in den Pflanzungen mit Geotextil im Vergleich zu denen ohne Geotextil weniger und kürzere Wurzeln und Sprosse festgestellt. Da sich die Durchwurzelbarkeit mit fortschreitendem Abbau des Geotextils kontinuierlich verbessert dürfte, wird die festgestellte geringere Durchwurzelung für den vorgesehenen Zweck jedoch als ausreichend eingeschätzt.

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. Jeweils nach ein, zwei und drei Jahren wurden Proben entnommen und geprüft. Dabei zeigt sich, dass sich zwischen Einbau 2020 und 2022 die Zugfestigkeit und Stempeldurchdrückkraft des Geotextil sowie die Molmasse der eingesetzten PLA-Fasern nur im Rahmen der Streuung der Messwerte verändert haben. Die 2023 entnommenen Proben zeigen dagegen eine deutliche Reduzierung dieser Kennwerte. Die für den Zustand drei Jahre nach Einbau geforderten Grenzwerte für Zugfestigkeit werden zum Teil bereits leicht unterschritten. Die Veränderungen zeigen, dass Abbauprozesse begonnen haben.

Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse aus Freiland- und Durchwurzelungsversuchen erfolgte eine weitere Optimierung des Geotextils. Ziel dieser Optimierung war eine Verbesserung der Durchwurzelbarkeit. Das optimierte Geotextil wird seit März 2023 unter Steinmatratzen und seit April 2024 unter Weidenspreitlage und Saatgutmatten an der Versuchsstrecke getestet.

• BNP Brinkmann GmbH & Co. KG
• Inorama Ventures Fibers Germany GmbH (ehemals Trevira GmbH)
• FKuR Kunststoff GmbH
• BAW Bundesanstalt für Wasserbau