Bioshoreline: Biologisch abbaubare Geotextilien für Ufersicherungen

Sequentiell biologisch abbaubare Geotextilfilter für technisch-biologische Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen

© Fraunhofer UMSICHT

Prototyp Geotextilfilter

Der Geotextilfilter besteht aus verschiedenen schnell und langsam abbauenden Fasern.

© Fraunhofer UMSICHT

Bugwelle eines Frachtschiffs

An Binnenwasserstraßen führt der Schiffsverkehr zu einer wechselnden hydraulischen Belastung der Ufer.

Projektziele

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.

Nutzen

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 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.

 

Ergebnis

Bisher wurden in mehreren Optimierungsschritten 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 vom Projektpartner BAW 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 Monaten festgestellt. Derzeit finden bei der BAW und bei Fraunhofer UMSICHT Durchwurzelungsversuche mit der neuesten Generation der optimierten Prototypen statt. In den Versuchskästen von Fraunhofer UMSICHT wird dabei zusätzlich die Uferneigung mit je zwei verschiedenen Hangneigungen (1:2 und 1:3) und Substraten (Sand und Mutterboden) nachgebildet. Sensoren messen kontinuierlich Bodenfeuchtigkeit, Temperatur und UV-Eintrag. Zudem wird der pH-Wert des Bodens bestimmt.

Eine Installation dreier verschiedener Geotextilprototypen an der Versuchsstrecke der BAW am Rhein bei Worms wird im Laufe des Jahres stattfinden. Hier werden die neuen Vliese unter Wasserstraßenbedingungen getestet. In regelmäßigen Zeitabständen werden die Geotextilproben hinsichtlich der technischen Eigenschaften und des biologischen Abbaus untersucht. Anschließend erfolgt auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse aus Freiland- und Durchwurzelungsversuchen eine weitere Optimierung.

Projektpartner

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