24.01.2020

Sauberes Trinkwasser dank Lasertechnik

Projekt SimConDrill entwickelt lasergebohrte Wasserfilter zur Entfernung von Mikroplastik.

Mikroplastik gelangt tagtäglich in unser Abwasser und in die Umwelt. Aber Kläranlagen sind bislang kaum in der Lage, die winzigen Kunst­stoff­teile im Abwasser ausreichend herauszufiltern. Nun soll Abhilfe geschaffen werden: Das BMBF fördert seit 2019 das Forschungs­projekt SimConDrill, in dem fünf Projekt­partner aus Industrie und Forschung gemeinsam einen Wasserfilter für Mikroplastik entwickeln. Seine Kleinst­löcher werden mit dem Laser gebohrt und ermöglichen so die Filtration von bis zu zehn Mikrometer kleinen Partikeln. Diese außergewöhnliche Innovation wurde nun durch die Nominierung des Green Awards honoriert. 
 

Abb.: Zentraler Bestandteil des SimConDrill-Zyklon­filters: 200 Mikrometer...
Abb.: Zentraler Bestandteil des SimConDrill-Zyklon­filters: 200 Mikrometer dünne Metallfolien mit lasergebohrten Löchern von zehn Mikrometern Durchmesser (Bild: Fh.-ILT)

Jährlich werden allein in Deutschland laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energie­technik Umsicht 333.000 Tonnen Mikroplastik freigesetzt. Dabei sind die Folgen für Mensch und Umwelt bei Weitem noch nicht erforscht. Mikroplastik ist ein weitreichendes Problem und unsere Abwasser­behandlung ist nicht in der Lage, diese Partikel effizient herauszufiltern. Dabei ist sauberes Trinkwasser essentiell für die Umwelt und somit für unsere Gesundheit.

Mit dem Projekt SimConDrill treffen die Projekt­partner nun den Nerv der Zeit. Ziel ist die Entwicklung eines langlebigen Filters zur Extraktion von Mikroplastik auch aus großen Wassermengen. Mit laser­gebohrten Löchern soll das Filtermodul bis zu zehn Mikrometer kleine Partikel effizient aus dem Wasser herausfiltern. Nun hat die Jury des Greentech Festivals das Forschungs­projekt SimConDrill für den Green Award 2020 nominiert. Die Freude darum war bei den Beteiligten umso größer, als die Nominierung ohne Bewerbung des Konsortiums und nur auf Initiative der Jury erfolgte. 

Auf dem Greentech Festival vom 19. bis zum 21. Juni 2020 in Berlin werden die Green Awards verliehen. Die Jury zeichnet am ersten Festival-Tag grüne Technologien aus, die einen Beitrag dazu leisten, die Welt nachhaltiger und somit zukunftsfähiger zu machen. Hinter der Festivalidee steckt der ehemalige Formel-1-Weltmeister Nico Rosberg. Gemeinsam mit den Ingenieuren Sven Krüger und Marco Voigt rief er das Festival ins Leben. Das SimConDrill-Team ist in der Kategorie „Innovation“ nominiert. Diese Auszeichnung wird für die eindrucksvollsten und vielversprechendsten Innovationen im Greentech-Bereich verliehen. 

Die Basis der neuen Filtergeneration bildet der Zyklonfilter der Klass-Filter GmbH. Große Wasser­mengen werden dabei durch den lasergebohrten Filter im Zyklon nach innen gedrückt und die mit dem Wasser transportierten Partikel abgeschieden.

Das Fraunhofer-Institut für Laser­technik ILT und die LaserJob GmbH arbeiten an der Technologie für das effiziente Laserbohren der Metallfolien, die sich im Inneren des Zyklonfilters befinden. Besonders geeignet sind dafür Lasersysteme mit ultrakurzen Pulsen im Piko- und Femto­sekunden­bereich mit hoher Laserleistung. Damit ein effizienter Filter entsteht, werden in großer Anzahl Löcher, die kleiner als zehn Mikrometer sein müssen, in die dünnen Folien gebohrt.

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit untersuchen die Wissenschaftler zudem den Einsatz einer Multi­strahl­bearbeitung mit mehr als 100 Teilstrahlen. Doch hier ist Vorsicht geboten, denn durch das gleichzeitige Bohren von 100 Löchern kann die Filterfolie schmelzen und sich verziehen. Um alle Prozess­parameter möglichst gut aufeinander abzustimmen und geeignete Bearbeitungs­strategien auszuwählen, kombinieren die Forscher eine am Fraunhofer ILT entwickelte Prozess­simulation und die Optimierungs­software der OptiY GmbH. Außerdem garantiert ein gemeinsam mit der Lunovu GmbH entwickeltes Messsystem schließlich die Qualitäts­sicherung des Laserbohr­prozesses, um zu gewährleisten, dass alle Löcher durchgebohrt sind und der Wasserdurchsatz nicht reduziert wird. 

Das Forschungsprojekt läuft bis Juni 2021. Bisher können Löcher mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern in 200 Mikrometer dünne Metallfolien gebohrt werden. In einem nächsten Schritt wird das Verfahren auf die Serienproduktion hochskaliert. Die gebohrten Testfolien sind bereits teilweise in den Zyklonfilter integriert, um Funktions- und Strömungs­tests zu starten.

Obwohl das Filtermodul für Klärwerke entwickelt und getestet wird, sind ebenso mobile Anwendungen in Kanal­spülwagen oder in Privat­haushalten denkbar. Auch die Reinigung von Ballastwasser bietet großes Potential. Ein Rotor sorgt dafür, dass der SimConDrill-Filter nicht verstopft und somit kein Wegwerf­filter ist. Das separierte Mikroplastik kann aus dem Zyklonfilter herausgeführt und anschließend recycelt werden.

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“. 

Fh.-ILT / DE
 

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