Lasertechnik 24.01.2020, 07:00 Uhr

Spezialfilter entfernt Mikroplastik aus dem Abwasser

Im Rahmen des Projektes SimConDrill ist es einem Forscherteam gelungen, einen neuen Wasserfilter herzustellen. Er ist mit so kleinen Löchern ausgestattet, dass er Abwasser von Mikroplastik befreien kann. Das Projekt ist für den Green Award nominiert worden.

Abwasserrohr

Wie viele Mikroplastikpartikel Abwasser enthält, ist mit dem bloßen Augen nicht erkennbar.

Foto: panthermedia.net / iamnao

Mikroplastik stellt in vielerlei Hinsicht ein großes Problem dar: Die winzigen Kunststoffpartikel gelangen in die Umwelt und werden dort unter anderem von Tieren aufgenommen. Gewebeveränderungen, Vergiftungserscheinungen oder mechanische Verletzungen können unter anderem die Folge sein. Mikroplastik gelangt aber auch ins Abwasser und damit schließlich in den menschlichen Körper, wo es eine gesundheitsschädliche Wirkung entfalten kann. Die genauen Folgen für Mensch, Tier und Umwelt sind noch nicht im Detail erforscht.

Das Problem ist bekannt, lässt sich aber nur schwer lösen. Ein Beispiel: Bei jeder Wäsche eines Pullovers mit Polyester-Anteil wird Mikroplastik ausgespült. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT werden allein in Deutschland etwa 333.000 Tonnen Mikroplastik pro Jahr freigesetzt. Und diese Zahl bezieht sich nur auf das primäre Mikroplastik, also auf Kunststoff, der bereits kleiner als fünf Millimeter ist, wenn er in die Umwelt gelangt. Sekundäres Mikroplastik, das durch Zerkleinerungsprozesse größerer Plastikteile entsteht, ist nicht eingerechnet. Umso wichtiger ist es, die Abwasserbehandlung aufzurüsten. Genau das soll mit dem neuen Filter erreicht werden.

Mikroplastik kann winzige Löcher nicht passieren

Fünf Partner sind an dem Projekt SimConDrill, welches die Klass-Filter GmbH mit dem Fraunhofer-Institut gemeinsam durchführt, beteiligt. Die Grundlage bildet ein Zyklonfilter, der also mithilfe der Zentrifugalkraft festere Bestandteile aus dem Abwasser löst, das durch ihn hindurch gedrückt wird. Wie fein der Filter arbeitet, hängt von der Größe der gebohrten Löcher ab. Hier kommen das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und die LaserJob GmbH ins Spiel, die gemeinsam an einer Technologie für das effiziente Laserbohren der Metallfolien gearbeitet haben, die das Innere des Zyklonfilters auskleiden.

Das Bohren ist eine besondere Herausforderung, da Löcher entstehen sollten, die kleiner als 10 Makrometer sind. Außerdem muss ihre Anzahl sehr hoch sein, damit das Wasser effizient und schnell genug durch den Filter läuft. Die Wissenschaftler haben sich für Lasersysteme mit ultrakurzen Pulsen im Piko- und Femtosekundenbereich mit großer Laserleistung entschieden.

Herstellung wird auf Serienproduktion hochskaliert

Das Herstellen der Filterfolien klingt einfacher, als es in der Praxis ist. Denn auch die Wirtschaftlichkeit muss gewahrt bleiben. Daher haben die Forscher zusätzlich den Einsatz einer Multistrahlbearbeitung mit mehr als 100 Teilstrahlen getestet. Dabei stellte sich jedoch heraus, dass das gleichzeitige Bohren von 100 Löchern dazu führen kann, dass sich die Filterfolie verzieht oder sogar schmilzt. Um die Prozessparameter besser aufeinander abzustimmen und die ideale Bearbeitungsstrategie zu finden, kombinierten die Forscher schließlich eine am Fraunhofer ILT entwickelte Prozesssimulation und die Optimierungssoftware der OptiY GmbH. Die Qualitätssicherung des Laserbohrprozesses wird über ein extra Messsystem gewährleistet. So ist garantiert, dass alle Löcher im Filter tatsächlich durchgebohrt sind. Denn eine geringere Anzahl an Bohrlöchern würde den Wasserdurchsatz verringern.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler das Herstellungsverfahren auf die Serienproduktion hochskalieren. In der Zwischenzeit finden mit den gebohrten Testfolien bereits Funktions- und Strömungstests statt.

Einsatz in Privathaushalten ist denkbar

Das Forscherteam sieht in dem neuen Zyklonfilter großes Einsatzpotenzial. Obwohl er ursprünglich für Klärwerke entwickelt wurde, wären aus ihrer Sicht auch mobile Anwendungen in Kanalspülwagen oder in Privathaushalten denkbar. Die Reinigung von Ballastwasser sei eine weitere Option. Das separierte Mikroplastik könne übrigens regelmäßig aus dem Zyklonfilter herausgeführt und anschließend recycelt werden.

Ob der SimConDrill-Filter den Green Award erhält, wird sich am 19. Juni zeigen. Die Jury zeichnet dann während des Greentech Festivals in Berlin Technologien aus, die einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.

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