Forschung für Umwelt und Gesundheit

Die Hochschule Heilbronn entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Sinsheimer Staubabscheider-Spezialisten Junker-Filter GmbH höchsteffiziente Filter für umwelt- und gesundheitsschädliche Aerosolnebel. Gefördert wird das Vorhaben mit einer Laufzeit von zwei Jahren je zur Hälfte aus Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der EFRE-Regionalförderung der Europäischen Union.

Während das „Gespenst Feinstaub“ immer wieder durch die Medien geistert, erregt die seit Jahren steigende Belastung durch Aerosolnebel allgemein wenig Aufmerksamkeit, und Emissions- und Immissionsgrenzwerte fehlen bislang. Diese Nebel, hauptsächlich verursacht durch Straßenverkehr und Industrie, sind nicht weniger gesundheits- und umweltgefährdend als Feinstaub, denn sie enthalten kleine und Kleinst-Aerosole.

Generell stehen Aerosole im Verdacht, klimatische Prozesse zu beeinflussen, da sie zum Beispiel das Sonnenlicht reflektieren und Vergiftungen, Allergie-, Atemwegs-, Herz-Kreislauf- oder Krebserkrankungen auslösen können. Größere Teilchen werden nach dem Einatmen in Mund und Rachen gefiltert, aber solche mit einem Durchmesser von unter zehn Mikrometern können die Filtersysteme des menschlichen Atmungssystems ungehindert passieren.

Je nachdem, wie klein die Teilchen sind, dringen sie über die Bronchien bis in die Lungenbläschen vor und gelangen so auch in den Blutkreislauf. Leicht lösliche Teilchen verteilen sich rasch im Organismus, um ihre potentiell schädliche Wirkung zu entfalten. Schwer lösliche verbleiben, wie die hoch krebserregenden Asbestfasern, jahrelang im Atmungssystem, wo sie zu chronischen Entzündungen führen und schließlich Krebs auslösen können.

Fertigungsverfahren wie Fräsen und Schleifen verursachen Ölnebel, die winzige Teilchen mit einem Durchmesser von nur einem Zehntel Mikrometer enthalten, und in der chemischen Industrie entstehen Gemische aus flüssigen und festen Aerosolen. Druckluftkompressoren moderner Lastkraftwagen emittieren mit hohem Druck sehr feine Aerosolnebel.

Erste Lösungen zur Filterung dieser Ölnebel sind bereits auf dem Markt, doch die Filter aus Metall gelangen schnell an ihre Grenzen und sind wartungsintensiv, und die textilen Filter verbrauchen sehr viel Energie und können die besonders kritischen Kleinstaerosole mit einem Durchmesser von unter einem Mikrometer nicht zuverlässig herausfiltern.

Nun haben sich die Heilbronner Professorin Dr.-Ing. Jennifer Niessner von der Fakultät für Technische Prozesse der Hochschule und der Sinsheimer Spezialist für Festaerosolfiltration Junker-Filter GmbH das Ziel gesetzt, technische Lösungen für eine höchst effiziente Filtration von Flüssigaerosolen, die in die tieferen Atemwege vordringen, zu entwickeln.

An diesem innovativen Vorhaben mit einem Fördervolumen von fast einer halben Million Euro forschen seit Anfang Mai dieses Jahres sechs Wissenschaftler und zwei studentische Hilfskräfte aus dem Studiengang Verfahrens- und Umwelttechnik. Zwei Forscher beschäftigen sich mit der Strömungssimulation. Dabei hat Dennis Hoch die Mikroskala im Blick, wenn er winzige Filterausschnitte beobachtet und den Abscheidevorgang der kleinen Tröpfchen auf den einzelnen Fasern des textilen Filters abbildet.

Die Makroskala ist Thema von André Baumann. Sein Ziel ist, den kompletten Filter unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus Hochs Forschungsarbeit abzubilden und Größen wie Druckverlust, Energiebedarf und Abscheidegrad zu ermitteln. Jens Behringer, Robin Lucke, Jan Pospichl und Lukas Springsklee sind für Entwurf und Bau von Prüfständen zur praktischen Erprobung der neuen Filter zuständig.

Neben Umwelt und Gesundheit werden von den Forschungsarbeiten der Heilbronner Wissenschaftler auch die beteiligten Unternehmen aus der Region profitieren, denn sie können sich einen Wettbewerbsvorteil verschaffen. Nicht zuletzt werden durch die neuen Technologien neue Arbeitsplätze entstehen.

Den Prozess der Filterentwicklung wird ein eigens für das Projekt hergestelltes Simulationswerkzeug begleiten: die virtuelle Mehrskalen-Simulations-Toolbox. Die Durchführung von material- und personalintensiven Experimenten ist obsolet, denn das virtuelle Werkzeug kann eine Vielzahl an Filtervarianten nachahmen. Im Ergebnis soll die Toolbox das Modell mit dem geringsten Druckverlust bei exzellenter Filtration selbst winzigster Tröpfchen von unter einem Mikrometer Durchmesser auswählen.

Dabei folgen die Forschungsaktivitäten des Teams von Prof. Niessner mit „Industrie“ und „Druckluftkompressoren in Lkw“ zwei Leitanwendungen. Beide tragen entscheidend zum Schutz von Gesundheit und Umwelt bei. Mit Blick auf spezifische Bedingungen wie Verteilung der Tröpfchengröße, verfügbarer Bauraum, Zuverlässigkeit und Kosten soll die Toolbox einen Aerosolnebelfilter für industrielle Anwendungsbereiche und für die Lkw-Druckluftkompressoren auslegen. Im Anschluss wird je ein Prototyp konstruiert und hergestellt werden mit dem Ziel der Serienproduktion der neuen Filter.

Aerosolnebelfilter für die chemische Industrie zu entwickeln und am Markt zu platzieren, ist ein Zukunftsthema mit großem Potential und ein hochinnovatives Geschäftsfeld. Sobald Parameter und Anforderungen hinsichtlich Design und Materialien definiert sind, wird sich die Forschungsgruppe der Hochschule Heilbronn in Zusammenarbeit mit Junker-Filter GmbH auch dieser Herausforderung stellen. „Es ist extrem motivierend“, sagt Professor Niessner, „an der Entwicklung einer Technologie zu forschen, die dem Schutz der Umwelt und unserer Gesundheit dient. Dass es auch an einer Hochschule für Angewandte Wissenschaften möglich ist, zukunftsweisende Forschung und Lehre zu verbinden, finde ich klasse.“

INFOKASTEN Aerosole
Ein Aerosol ist ein Gemisch aus festen und/oder flüssigen Teilchen, die in der Luft schweben. Feste Teilchen finden sich im Ruß aus dem Auspuff eines Dieselfahrzeugs, im Rauch einer Zigarette und auch in der Natur; Pollen zum Beispiel stellen für Allergiker ein Problem dar. Asbestfasern sind gleichermaßen bekannte wie höchst gesundheitsgefährdende Bestandteile von Aerosolen. Mit Legionellen-Bakterien belastetes Wasser, das durch Luftbefeuchter im Raum verteilt wird, ist ein Beispiel für gesundheitsschädliche Aerosolnebel. Sie können die Legionärskrankheit, eine schwere Lungenentzündung, und das Pontiac-Fieber, eine grippeähnliche Erkrankung, auslösen.

Hochschule Heilbronn – Kompetenz in Technik, Wirtschaft und Informatik

Mit rund 8.300 Studierenden ist die Hochschule Heilbronn eine der größten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Baden-Württemberg. Ihr Kompetenz-Schwerpunkt liegt auf den Bereichen Technik, Wirtschaft und Informatik. An drei Standorten in Heilbronn, Künzelsau und Schwäbisch Hall bietet die Hochschule mehr als 50 Bachelor- und Masterstudiengänge an. Die Hochschule pflegt enge Kooperationen mit Unternehmen aus der Region und ist dadurch in Lehre, Forschung und Praxis gut vernetzt.

Ansprechpartnerin: Prof. Dr.-Ing. Jennifer Niessner, Verfahrens- und Umwelttechnik,
Max-Planck-Str. 39, Telefon: +49 7131 504- 308
E-Mail: jennifer.niessner@hs-heilbronn.de, Internet: http://www.hs-heilbronn.de/vu

Pressekontakt Hochschule Heilbronn: Johanna Besold, Hochschulkommunikation,
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Prof. Dr.-Ing. Jennifer Niessner, Verfahrens- und Umwelttechnik,
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E-Mail: jennifer.niessner@hs-heilbronn.de, Internet: http://www.hs-heilbronn.de/vu