Nanopartikel in Reinigungsfiltern
Angesichts des hohen Energieverbrauchs der modernen Gesellschaft haben erneuerbare Energieträger immer mehr an Bedeutung gewonnen. Gerade bei der Verwertung von Siedlungsabfällen basieren moderne, weit verbreitete Verfahren zur Energierückgewinnung meistens auf der Verbrennung, wobei zahlreiche, potenziell umweltschädliche Nebenprodukte entstehen. Um die Abgaspartikel aufzufangen, müssen die für den Betrieb des Verbrennungsofens erforderlichen hohen Temperaturen gesenkt werden. Dieses Verfahren ist kostspielig. Darüber hinaus treten während der Abkühlung Säuredampf, Dioxine und andere Schadstoffe auf. Die notwendigen Ausgaben für den Umweltschutz ziehen daher deutlich höhere Betriebskosten des Verbrennungsofens nach sich. Bei dem Projekt handelte es sich um eine interdisziplinäre Methode zur Entwicklung von Verfahren zur Filtration heißer Gase zur Verhinderung des Entstehens von Dioxinen und zur Senkung der Schädlichkeit der Gase. Aus diesem Grund wurden neue wirksame technische Lösungen zur Entfernung von Hemmstoffen (z.B. Flugasche) bei Temperaturen von rund 800°C eingeführt. Für die Reinigung der Keramikfilterkerzen bieten sich somit geeignete, einfache Verfahren ähnlich wie die Druckluftfilter- oder Vakuumpulstechnik oder die gekoppelte Nachreinigung (CPP) an. Dieses Projekt führte zur Produktion und zum Einsatz von Nanopartikel-Beschichtungen für Keramikfilterkerzen zum Einsatz in Hochtemperatur-Gasfiltern. Die Nanopartikel- und Membranen-Beschichtungen verbessern letztlich die Festigkeit der Oberfläche und tragen eine mikroporöse Dampfsperre auf die Filteroberflächen auf, die zur Nachreinigung der Filter beitragen, indem sie die Emission schädlicher organischer Verbindungen verringern. Gleichzeitig senken sie die Betriebskosten und erhöhen das Wärmerückgewinnungs- und Stromerzeugungspotenzial. Nanopartikel-Beschichtungen wurden mit zwei Methoden angewandt: eine spezielle Technik, die gestreute Nanopartikel einsetzte, und die neuartige Luftdruck-Plasmatechnik, die die Partikel erzeugte und auch auftrug. Materialfachleute untersuchten die Morphologie der nach den beiden Techniken hergestellten Beschichtungen an einem Staubmodell, das die gewöhnlichen Gasdynamiken in Siedlungsabfall-Verbrennungsanlagen simuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit der Luftdruck-Plasmatechnik aufgetragenen Beschichtungen die Nachreinigung der Filtration verbesserten und den Druckabfall während des Prozesses um 57% senkten. Wenn die Partikel außerdem mit Calciumsulfat angereichert werden, kann die Ablösung des Filterkuchens vereinfacht werden. Dieses Verfahren besitzt das Potenzial zur industriellen Nutzung. Jenseits des Atlantiks werden fast 20 Millionen USD für den Bau von Heißfilter-Pilotanlagen im Druck-Wirbelschichtverfahren ausgegeben. Dieses Projekt hat ein erfolgreiches europäisches Verfahren für die Filtration bei hohen Temperaturen mit Keramikfiltern hervorgebracht, das zu einem BATNEEC (Best Available Techniques Not Entailing Excessive Cost) in der Behandlung von heißen Gasen bei der Verbrennung von Siedlungsmüll und ähnlichen Verfahren werden könnte.
