Lasergebohrte Filter sorgen für sauberes Wasser

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 10 Mikrom­e­ter kleinen Par­tikeln. Diese außergewöhn­liche Inno­va­tion wurde nun durch die Nominierung des Green Awards honoriert.

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 10 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.

Greentech – Innovative grüne Projekte

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.

Wie funktioniert es? Clevere Kombination aus Filter und Zyklon

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 10 Mikrom­e­ter sein müssen, in die dün­nen Folien gebohrt. Eine große Herausforderung!

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.

Nachhaltigkeit auf ganzer Linie

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.