CAROLA filtert feinste Stäube

Neuartiger Aerosol-Abscheider aus dem Forschungszentrum Karlsruhe reduziert Emissionen gesundheitsschädigender Feinstpartikel aus Industrieanlagen

Feine und ultrafeine Partikel finden auch in der Öffentlichkeit mehr und mehr Beachtung. Einerseits durch neuere Erkenntnisse über ihre gesundheitsschädigenden Wirkungen, andererseits wegen verschärfter EU-Richtlinien gewinnen Charakterisierung und Minderung dieser Partikel immer größere Bedeutung. Wissenschaftler des Forschungszentrums Karlsruhe haben nun den neuartigen Aerosolabscheider CAROLA entwickelt und patentiert, der einen hohen Abscheidegrad gerade für Partikel im Größenbereich unter einem Tausendstel Millimeter hat. CAROLA basiert auf der elektrischen Aufladung und anschließenden elektrostatischen Abscheidung der Partikel. Mit mäßigen Investitions- und geringen Betriebskosten können damit bei technischen Prozessen in der Industrie auch klebrige Feinstpartikelemissionen deutlich reduziert werden.

Luftverschmutzung erhöht das Risiko, an Lungenkrebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu sterben. Das ist das Ergebnis einer kürzlich veröffentlichten US-amerikanischen Langzeitstudie. Demnach ist die Gesundheitsgefährdung in amerikanischen Großstädten mit dem Risiko von Passivrauchern vergleichbar. Vor allem hohe Konzentrationen von Ruß- und Staubpartikeln mit Durchmessern unter 2,5 Mikrometern (Tausendstel Millimetern) erhöhen die Gefährdung: Diese Partikel dringen mit der Atemluft tief in die Lunge ein und werden in den Bronchien abgeschieden. Neben Asthma und Lungenkrebs können verschiedene Atemwegserkrankungen und Allergien die Folge sein. Ultrafeine Partikel können sogar über die Lunge in den Blutkreislauf vordringen. Zunehmend werden diese Partikel mit dem Auftreten von Herz-Kreislauferkrankungen in Verbindung gebracht.

Eine Verschärfung der EU-Richtlinien für die Immission feiner Partikel wird den Druck auf industrielle Produktions- und Verbrennungsanlagen weiter erhöhen, schon die Emission dieser Partikel zu unterbinden. Um herkömmliche Filtersysteme auch für feine Partikel zu ertüchtigen, müssen aber oft hohe Investitionskosten oder ein deutlich erhöhter Energieverbrauch in Kauf genommen werden.

Hier setzt eine neue Entwicklung des Forschungszentrums Karlsruhe an: Im Corona-Aerosol-Abscheider CAROLA werden feinste Partikel bei etwa 10 000 Volt aufgeladen und dann in einem geerdeten Rohrbündelabscheider zurückgehalten. Bei moderaten Investitionskosten und einem niedrigen Energieverbrauch erzielt dieser Prozess Abscheidegrade bis 99% für Partikel unter einem Mikrometer (Tausendstel Millimeter).

„Wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Aufladungszone kann der Abscheider vergleichsweise kompakt und damit kostengünstig hergestellt werden“, erläutert Dr. Hanns-Rudolf Paur, der die Entwicklung im Institut für Technische Chemie – Bereich Thermische Abfallbehandlung des Forschungszentrums leitete. „Die anschließende Abscheidung im Rohrbündel hat gegenüber herkömmlichen Methoden den Vorteil, dass sie Zuverlässigkeit und hohe Abscheidegrade mit geringem Druckabfall in der Filteranlage verbindet. So beträgt die Leistungsaufnahme des Abscheiders je nach Anwendung unter 0,3 Kilowattstunden pro 1000 Kubikmeter gereinigtem Gas.“

Das Verfahren konnte inzwischen patentiert werden. Ein Test im Pilotmaßstab zur Rückhaltung von Aerosolen bei der Biomasseverbrennung an der Universität Stuttgart im Rahmen eines vom Land Baden-Württemberg geförderten Verbundprojektes verlief erfolgreich. Durch einen Kooperationsvertrag mit der Firma Handte (Tuttlingen) wird nach dem CAROLA-Prinzip schon ein Ölnebelabscheider für die metallverarbeitende Industrie entwickelt. Eine von der Firma Rauschert in Steinwiesen erworbene Lizenz bezieht sich auf den Einsatz von CAROLA zur Aerosolabscheidung bei Rauchgaswäschern in der chemischen Industrie. Die Alexander-von-Humboldt-Stiftung unterstützte die Entwicklung von CAROLA.

Die Entwicklung wird auch auf dem Technologietransfer-Stand des Forschungszentrums Karlsruhe bei der Hannover-Messe (Halle 18, Stand B19) vorgestellt.