Saubere Luft und sauberes Wasser sind von grundlegender Bedeutung für die Gesundheit und Lebensqualität von Mensch und Tier. Doch leider sind Luft und Wasser häufig mit unterschiedlichen, oft gesundheits- oder umweltgefährdenden Stoffen belastet und diese müssen entfernt werden. Handelt es sich um Partikel, werden hierzu typischerweise Filter eingesetzt. Filter stellen jedoch für Stoffströme – im Beispiel also Luft bzw. Wasser – einen Strömungswiderstand dar, und die Pumpleistung erhöht sich entsprechend.
Optimierte, additiv gefertigte Filter
In dem von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderten gemeinsamen Projekt »Bionische Filter« arbeiten Wissenschaftler der Hochschule Heilbronn und des Fraunhofer IGB zusammen, um über Strömungssimulationen, additive Fertigung und Beschichtungstechnologien Filter zu entwickeln, die sich durch hohe Trennleistung und gleichzeitig minimalen Strömungswiderstand auszeichnen. Die Beschichtungen sind Teilaufgabe des Fraunhofer IGB und sollen dafür sorgen, dass sich Aerosole, Pollen und Feinstaub nicht dauerhaft auf Luftfiltern festsetzen können, sondern mechanisch oder über einen kurzen Gegenstrom entfernt werden können. Weitere Beschichtungen sollen antiadhäsiv ausgelegt sein und sind damit nicht nur für die Luftreinigung, sondern auch für die Entfernung von Mikroplastik aus Wasser von Interesse.
Öl- und wasserabweisende Beschichtungen
Erste unterschiedliche Filterstrukturen konnten durch die Projektpartner an der Hochschule Heilbronn bereits berechnet und über additive Fertigung umgesetzt werden. Am Fraunhofer IGB wurden die gedruckten Filter zur Optimierung der Oberflächeneigenschaften anschließend beschichtet. In der Abbildung ist beispielhaft ein Luftfilter dargestellt, welcher mit einer sehr dünnen metallischen Beschichtung (Antistatik, ca. 30 nm) versehen ist. Eine zusätzliche Beschichtung im Bereich von wenigen Nanometern wurde anschließend über Plasmapolymerisation aufgebracht. Diese Beschichtung weist gegenüber Ölen und Wasser abweisende Eigenschaften auf und wirkt gleichzeitig als Korrosionsschutz.
Ausblick
Optimierte Filter besitzen enormes Potenzial für viele unterschiedliche Trennaufgaben: über die obengenannten Aufgaben, Partikel aus Gas- bzw. Wasserströmen zu entfernen, ist auch die Trennung unterschiedlicher flüssiger Phasen – beispielsweise für Dieselkraftstofffilter – ein Thema des Projektes. Durch die Optimierung wird im Idealfall sowohl die Trennleistung verbessert als auch gleichzeitig Energie eingespart, da der Druckabfall entlang des Filters geringer ausfällt als bisher. Die Filterentwicklung im Projekt verfolgt exemplarisch insgesamt drei Leitanwendungen, die als Ausgangsbasis für individuelle Weiterentwicklungen dienen sollen.
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
