Schwarzer Kunststoff bindet Umweltgifte

Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt Material für die sichere Rückhaltung von Dioxinen

In der Rauchgasreinigung von Verbrennungsanlagen bestehen viele Komponenten aus Kunststoffen, meist Polypropylen. An die Oberfläche dieser Kunststoffe lagert sich Dioxin aus dem Rauchgas an. Schon bei einer Temperaturerhöhung um wenige Grad können sich die Dioxine wieder von den Oberflächen lösen und ins Abgas zurückgelangen. Dieser so genannte „Memory-Effekt“ lässt sich durch eine Neuentwicklung des Forschungszentrums Karlsruhe unterbinden: Ursprünglich weißes Polypropylen wird mit Kohlenstoff-Partikeln vermischt. In dem nun schwarzen Kunststoff werden die Dioxine stärker gebunden, was die Freisetzung bei verfahrensbedingten Temperaturschwankungen verhindert.

Polypropylen ist ein handelsüblicher Kunststoff, es ist korrosionsbeständig, leicht verfügbar und preiswert. Diese Eigenschaften machen es zum idealen Konstruktionsmaterial für Bauteile in Abgasreinigungs-Systemen von Verbrennungsanlagen.

Frühere Untersuchungen des Forschungszentrums Karlsruhe haben gezeigt, dass Polypropylen leicht Dioxine* absorbiert, diese bei höheren Temperaturen aber wieder freigesetzt werden. Diesen Memory-Effekt kann man sich beispielsweise bei der Konstruktion regenerierbarer Filter zunutze machen. An anderen Stellen ist der Effekt aber unerwünscht und führt zu vermeidbaren Umweltbelastungen oder erhöhtem technischen Aufwand.

Nach längeren Standzeiten von Polypropylen-Bauteilen in der Rauchgasreinigung von Verbrennungsanlagen im Niedertemperaturbereich unter 80 °C sind Dioxine so stark auf den Polypropylen-Strukturen angereichert, dass schon verfahrensbedingte Temperaturerhöhungen von wenigen Grad zu einer erhöhten Freisetzung der Dioxine ins Abgas führen.

„Gerade die giftigsten Substanzen werden bei einer Temperaturerhöhung vom Polypropylen am ehesten wieder freigesetzt“, erläutert Dr. Siegfried Kreisz, der dieses Projekt im Institut für Technische Chemie des Forschungszentrums Karlsruhe leitet. „Um die Überschreitung von Grenzwerten zu vermeiden, muss die Rauchgasreinigung bislang nachgerüstet werden, was die Komplexität und die Kosten der Verfahren erhöht.“

Die Neuentwicklung des Forschungszentrums vermeidet diese Nachteile: Polypropylen wird homogen mit Kohlenstoffpartikeln (zum Beispiel Aktivkohle) versetzt und dann in Form gegossen. Durch die zugesetzten Kohlenstoffpartikel werden die im Polypropylen abgeschiedenen Dioxine stärker gebunden. Da die mechanischen und chemischen Eigenschaften der Polypropylen-Strukturen durch den Füllstoff nicht wesentlich verändert werden, kann das neue Material ohne zusätzlichen Aufwand für alle Bauteile verwendet werden, die bisher aus Polypropylen gefertigt wurden (zum Beispiel Füllkörper).

Nach umfassenden Versuchen im Labor wurde das mit Kohlenstoff vermischte Polypropylen in großtechnischem Maßstab eingesetzt. An einer Hausmüllverbrennungsanlage konnte die Neuentwicklung ihre Tauglichkeit in der Praxis beweisen. Dazu wurden – in Zusammenarbeit mit der schwedischen Firma Götaverken Miljö AB, einem Lizenzpartner des Forschungszentrums – die Polypropylen-Füllkörper eines Nasswäschers durch Füllkörper aus dem neuen Material ersetzt. Dieser Versuch läuft seit einem Jahr. Das Material konnte die Erwartungen in vollem Umfang erfüllen. Zwischenzeitlich wurden drei weitere Anlagen mit solchen Füllkörpern ausgerüstet. Die Entwicklung aus dem Forschungszentrum verbessert und verbilligt die aufwändige Rauchgasreinigung nach Verbrennungsprozessen.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Joachim Hoffmann