SimConDrill - Filtermodul für Mikroplastik

Das Projektziel ist die Entwicklung eines innovativen Filtermoduls zur Entfernung von Mikroplastik in Kläranlagenabwässern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF fördert derzeit das Projekt »Innovative Filtermodule für die Abscheidung von Mikroplastik aus Abwasser«, kurz »SimConDrill«.
Zur Verwirklichung dieses Ziels steht die Technologieentwicklung zur Herstellung eines solchen Filters im Vordergrund. Das neue Filtermodul soll die Filtration von Mikroplastikpartikeln bis zu 10 µm ermöglichen.

 

Projektbeschreibung

Jeden Tag gelangt Mikroplastik in unser Abwasser und in die Umwelt. Kläranlagen können das Mikroplastik noch nicht in ausreichender Form im Abwasser verringern. Deswegen konzentrieren wir uns auf die Entwicklung eines serienreifen Filters, der die Filtration von Mikroplastikpartikeln bis 0,01mm (dies entspricht ca. der Dicke von Küchenalufolie) auf Basis des patentierten Zyklonfilters ermöglicht. Dieser Zyklonfilter besticht durch seine spezielle Technik, die verstopfungs- und wartungsfrei arbeitet und kein Wegwerffilter ist. Nach erfolgreichem Aufbau wird der Zyklonfilter in einer Kläranlage an realem Abwasser getestet.

 

Realisierungsstufen

Als erster Schritt steht die Entwicklung eines Laserbohrprozesses zur Herstellung von Löchern mit einem Durchmesser von 10µm in dicken Stahlblechen. Bereits heute ist die Herstellung von diesen kleinen Löchern in 0,2mm dicken Blechen möglich. Im nächsten Schritt wird der Herstellungsprozess für die Serienfertigung hochskaliert. Dabei werden Testfolien in den Zyklonfilter eingebaut, um Funktionstests durchzuführen und Durchflusseigenschaften bestimmt.

Gleichzeitig wird eine Prozesssimulation entwickelt, mit der die optimierten Bearbeitungsparameter bestimmt werden können. Eine In-Line-Prozesskontrolle für den Laserbohrprozess wird parallel entwickelt. Hiermit wird kontrolliert, dass alle Löcher vollständig durchgebohrt werden und somit der Gesamtdurchfluss des Filters gewährleistet ist.

Perforierte Metallfolie

Perforierte Metallfolie

Zentraler Bestandteil des SimConDrill-Zyklonfilters:200 Mikrometer dünne Metallfolie mit lasergebohrten Löchern von 10µm Durchmesser © Fraunhofer ILT, Aachen.

Laserbohrprozess

Laserbohrprozess

Parallele Bearbeitung mit 144 Teilstrahlen. © Fraunhofer ILT, Aachen.

Simulation

Simulation

Für den Bohrprozess werden die Bohrlochform und die Wärmebelastung berechnet und so die optimalen Laserparameter bestimmt. © Fraunhofer ILT, Aachen.

Mikrobohrung

Mikrobohrung

Mikrobohrung in einer Edelstahlfolie mit einem Austrittsdurchmesser von unter 10 Mikrometern. © Fraunhofer ILT, Aachen.

Was ist Mikroplastik?

Unter Mikroplastik vesteht man kleinste Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser < 5 mm. Mikroplastik wird bewusst in verschiedensten Produkten eingesetzt oder entsteht durch natürlichen Abrieb und Erosion. Primäres Mikroplastik, das sind synthetische Mikropolymerpartikel, dienen in vielen Hygieneprodukten als Peelingpartikel, Binde- oder Füllmittel und gelangen nach der Benutzung des Produktes in den Wasserkreislauf und dadurch in unsere Nahrungskette. Sekundäres Mikroplastik ensteht durch Degradationsprozesse oder Verschleiß aus größeren Plastikbestandteilen, wie beispielsweise Einwegprodukte der Verpackungsindustrie, Reifenabrieb auf den Straßen oder Texilfasern aus Funktionskleidung. 

Ist Mikroplastik gefährlich?

Mikroplastik wird als wichtiger Auslöser von Umweltschäden gesehen und gelangt über das Abwasser in den Wasserkreislauf und in die Nahrungskette. Mittlererweile ist Mikroplastik im menschlichen Körper nachgewiesen, wo es sich stetig anreichert. Welche Langzeitfolgen für Mensch und Umwelt zu erwarten sind, ist noch nicht abzuschätzen. Auch bei Vögeln reichert sich das Mikroplastik im Magen an und unterdrückt dadurch das Hungergefühl. Mechanische Verletzungen im Magen-Darm-Trakt von Vögeln sowie Entzündungen von nicht verdauten Mikroplastik sind die Folge. Eine weitere Studie an Miesmuscheln My-tilus edulis zeigte, dass das resorbierende Mikroplastik im Verdauungstrakt Entzündungsreaktionen verursacht.  

Wieviel Mikroplastik ist in der Umwelt?

Schätzungen zur Folge sind weltweit über 140 Mio. Tonnen Plastikpartikel im Meer. Das Alfred-Wegner-Institut hat beispielsweise mehr als 700 Partikel/m³ mit einem Durchmesser unter 500µm und somit bis zu 5,3 Milliarden Partikel/Jahr im gefilterten Abwasser in einer typischen Kläranlage nachgewiesen. Verschärfend wirkt, dass viele von diesen Partikeln nur wenige Mikrometer groß sind.


Brauchen wir neue Filter für Mikroplastik?

Ja, denn alle Arten von Mikroplastikpartikeln, die in unser Abwasser gelangen sind in regulären Klärwerken nicht ausreichend filtrierbar. Es spielt dabei keine Rolle, ob es sich um primäres oder sekundäres Mikroplastik handelt. Es steht ohne Zweifel fest, Mikroplastik gefährdet die Umwelt und die Gesundheit aller Lebewesen. Filter mit denen diese kleinen Partikel gefiltert werden können gibt es bereits, aber es sind Wegwerffilter, d.h. sie müssen nach einer gewissen Zeit durch neue Filter ersetzt werden. Der neu entwickelte Filter auf Basis des Zyklonfilters ist selbstreinigend und kann dadurch beliebig lange verwendet werden.


Verbundprojekt

Das Verbundprojekt innovative Filtermodule für die Abscheidung von Mikroplastik aus Abwasser -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«.

Projektpartner

Im Verbundprojekt sind tätig die Firmen:

Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT,
Klass-Filter GmbH,
LaserJob GmbH,
Lunovu GmbH,
OptiY GmbH

Presse - Veröffentlichungen

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