Für den Bohrprozess werden die Bohrlochform und die Wärmebelastung zunächst mit einer Simulationssoftware berechnet und so die optimalen Laserparameter bestimmt.

Bild: Fraunhofer ILT

Filter mit lasergebohrten Kleinstlöchern Mikroplastik von unserer Nahrungskette fernhalten

01.02.2019

Mikroplastik aus unserem Abwasser herauszufiltern stellt die Abwasserbetriebe vor große Herausforderungen. Eine Gruppe von fünf Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt jetzt einen neuartigen Filter, der mit lasergebohrten Löchern bis zu 10 Mikrometer kleine Partikel effizient auch bei großen Wassermengen herausfiltern soll.

Mikroplastik entsteht auf verschiedenen Wegen – sei es als Abrieb von Fahrzeugreifen oder beim Waschen moderner Funktionstextilien. Dazu kommen noch bestimmte Kosmetikbestandteile, wo Mikroplastik als Füllstoff oder Bindemittel verwendet wird. Solche Teilchen gelangen früher oder später in unser Abwasser und stellen Klärwerke vor erhebliche Probleme.

Gerade winzige Partikel unter einem halben Millimeter lassen sich kaum herausfiltern und landen damit im Wasserkreislauf. Sie erreichen inzwischen alle Weltmeere und gelangen bis in die Nahrungskette. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert nun das Projekt „Innovative Filtermodule für die Abscheidung von Mikroplastik aus Abwasser (SimConDrill)“. In diesem Vorhaben entwickeln die Partner aus Industrie und Wissenschaft einen Filter, der Partikel bis zu 10 μm robust und effizient vom Abwasser trennt.

Verstopfungsfrei Mikroplastik abscheiden

Im Projekt SimConDrill wird die Technologie erforscht, mit der sich ein langlebiges Filtermodul herstellen lässt, das Mikroplastikpartikel sicher und verstopfungsfrei aus Abwässern abscheiden kann. Der Ausgangspunkt ist dabei der patentierte Zyklonfilter der Firma Klass-Filter. Er wird mit speziellen Metallfolien ausgestattet, die mit einer speziellen Lasertechnik extrem präzise gebohrt werden.

Denn die Anforderungen an die Bohrungen sind hoch: Bei Porendurchmessern unter einem hundertstel Millimeter soll der Durchsatz des Filters den großen Wassermengen im Klärwerk gerecht werden und robust funktionieren. Dies wird über eine möglichst hohe Porosität erreicht – das heißt, ein möglichst großer Teil der Filterfläche soll von Bohrlöchern eingenommen werden.

Für dieses Projekt haben sich fünf Partner zusammengeschlossen. Neben dem Projektkoordinator Klass-Filter sind die Unternehmen LaserJob, Lunovu, OptiY und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT beteiligt.

Ultrakurzpulslaser für den Bohrprozess

Am Fraunhofer ILT arbeiten Wissenschaftler schon seit einigen Jahren in verschiedenen Arbeitsgruppen an der Technologie für das effiziente Bohren mit Durchmessern deutlich unter einem Millimeter. Besonders geeignet sind dafür Lasersysteme mit ultrakurzen Pulsen im Piko- und Femtosekundenbereich. Der entwickelte Bohrprozess wird auf die Laseranlage von LaserJob übertragen.

Für die Materialbearbeitung mit solchen Ultrakurzpulslasern wurde am Fraunhofer ILT eine eigene Simulationssoftware entwickelt, die mit der Software von OptiY verknüpft wird. Damit lassen sich die Prozessparameter realitätsnah am Computer erproben, bevor das erste Loch gebohrt wird.

Wenn dann die ersten Bohrversuche starten, kommt die Erfahrung einer anderen Gruppe zur Geltung: Die Spezialisten für Qualitätssicherung wollen von Anfang an den Bohrprozess genau überwachen. Im konkreten Fall wird dafür das Prozessleuchten beobachtet. Anhand dieser typischen Strahlung können die Forscher sehen, ob auch wirklich alle Löcher richtig durchgebohrt werden. Das Messsystem wird in Zusammenarbeit mit Lunovu entwickelt.

Anwendung bis in den Heimbereich denkbar

Das Forschungsprojekt läuft bis Juni 2021. Bei Erfolg bieten sich den Projektpartnern vielfältige Verwertungsmöglichkeiten. Obwohl das Filtermodul für Klärwerke entwickelt und getestet wird, sind auch mobile Anwendungen in Kanalspülwagen oder sogar Ausführungen für Privathaushalte denkbar. Auch die Reinigung von Ballastwasser bietet großes Potenzial.

Darüber hinaus können aus diesen Entwicklungen zahlreiche neue Prozesse und Produktionskonzepte für die Lasermaterialbearbeitung entstehen, die zukunftsorientiert sind, von KMUs verwertet werden und nachhaltig zur Sicherung des Hightech-Standortes Deutschland beitragen 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“.

Bildergalerie

  • Der SimConDrill-Zyklonfilter soll bis zu 10 µm kleine Partikel effizient aus großen Wassermengen herausfiltern.

    Bild: Fraunhofer ILT

  • Mikrobohrung in einer Edelstahlfolie mit einem Austrittsdurchmesser von unter 10 µm.

    Bild: Fraunhofer ILT

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