Projekt SimConDrill

Mikroplastik verschmutzt täglich unser Abwasser und die Umwelt, da viele Kläranlagen bisher nicht dafür ausgelegt sind, diese winzigen Kunststoffteilchen wirkungsvoll zu entfernen. Unter dem Begriff Mikroplastik sind alle Kunststoffteilchen mit einer Größe kleiner als 5 mm zusammengefasst. Diese können entweder direkt für den Gebrauch z.B. in Kosmetika hergestellt oder entstehen durch Zerfall von größeren Kunststoffen oder Abrieb wie zum Beispiel bei Gummireifen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat daher 2019 das Forschungsprojekt SimConDrill bewilligt, bei dem Industrie- und Forschungspartner gemeinsam an einem neuartigen, nachhaltigen Wasserfilter arbeiten. Dieser Filter nutzt per Laser gebohrte Mikroöffnungen, um bis zu 10 Mikrometer kleine Partikel aus dem Wasser zu filtern.

Studien des Fraunhofer-Instituts zeigen, dass in Deutschland jährlich rund 333.000Tonnen Mikroplastik freigesetzt werden. Die gesundheitlichen und ökologischen Folgen sind nach wie vor nicht vollständig erforscht, aber durch die geringen Größen können Mikroplastikpartikel Kläranlagen teilweise passieren und mit dem gereinigten Wasser in Flüsse gelangen. Sauberes Trinkwasser ist jedoch für Umwelt und Gesundheit unerlässlich.

Das Projekt SimConDrill setzt genau hier an: Ziel ist die Entwicklung eines selbstreinigenden, verstopfungsfreien und langlebigen Filtersystems, das selbst große Wassermengen effizient von Mikroplastik befreien kann. Mithilfe von präzise mit dem Laser erzeugten Kleinstlöchern sollen zukünftig auch Teilchen bis zu einer Größe von 10 µm zuverlässig aus dem Abwasser entfernt werden.

© Fraunhofer ILT, Aachen.

 

Herausforderung

Die große Herausforderung im Projekt liegt darin, dass der zu entwickelnde Filter sehr kleine Partikel aus großen Mengen an Wasser zuverlässig filtern soll. Hierfür wird ein Filter mit großem Durchfluss benötigt, d.h. dass dieser eine möglichst große Anzahl an sehr kleinen Löchern aufweisen soll. Um dies zu erreichen, sollte das zu bohrende Material möglichst dünn sein. Dass der Filter langzeitstabil mit dem vorgesehenen Selbstreinigungsverfahren verwendet werden kann, muss er mechanisch stabil sein. Hierfür darf die Materialstärke nicht zu dünn sein. Im Projekt muss hier ein Optimum gesucht werden und ein Bohrprozess zur Erzeugung der Löcher entwickelt werden.

Eine weitere Herausforderung liegt darin, dass die Löcher alle sehr gleichmäßig große Durchmesser aufweisen sollen. Die Löcher dürfen nicht größer als vorgegeben sein, da sonst größere Partikel nicht zuverlässig zurückgehalten werden können, gleichzeitig dürfen die Löcher nicht zu klein sein, da sonst der Durchfluss zu klein wird.

 

© Fraunhofer ILT, Aachen.

 

 

Lösungsansatz

Die besondere Rolle von LaserJob liegt dabei in der praktischen Umsetzung und Skalierung des Laserbohrprozesses. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT wurde ein Ultrakurzpuls-Bohrprozess entwickelt, mit dessen Einsatz, es möglich war, hochpräzisen lasergebohrten Filterfolien herzustellen, die selbst kleinste Mikroplastikpartikel zuverlässig aus großen Wassermengen herauszufiltern – ein technologischer Durchbruch für nachhaltiges Wassermanagement. Im Projekt wurde ein Filter mit insgesamt 59 Millionen Löcher mit nur 10 µm Durchmesser in Edelstahl-Folien mit Stärken von 200 µm realisiert.

Die Filtermodule wurden zur weiteren Erprobung in patentierte Zyklonfilter-Systeme der KLASS-Filter GmbH eingebaut und unter realen Bedingungen getestet.​

Als weitere Projektbestandteile wurden am Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit der Firma OptiY Simulationen der Bearbeitungsstrategien durchgeführt und mit Firma LUNOVU an einer Onlinediagnostik zur Qualitätssicherung gearbeitet.

 

Internationale Auszeichnung

Das Projekt SimConDrill wurde ohne eigene Initiativbewerbung für den internationalen Greentech Award 2020 nominiert und als eine der drei besten Innovationen ausgezeichnet. 

Die Jury des renommierten Greentech Festivals in Berlin, initiiert von Formel-1-Weltmeister Nico Rosberg, würdigt damit den nachhaltigen Ansatz und die zukunftsweisende Bedeutung von SimConDrill als innovative Lösung für grüne Technologien. 

 

 

Weitere Informationen

Förderung

Das Verbundprojekt SimConDrill wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Es ist Teil der BMBF‐Fördermaßnahme »KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz« im Technologie‐ und Anwendungsbereich »Nachhaltiges Wassermanagement«.

Projektleitung:

Andrea Lanfermann M. Sc.

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstr. 15
52074 Aachen

weitere Projektpartner:

Klass-Filter GmbH

Lunovu GmbH

OptiY GmbH

 

Projektträger:  

PTKA Karlsruhe (Karlsruher Institut für Technologie)