Sempre aria pulita

Per trovare le sostanze filtranti più adatte, i ricercatori del Fraunhofer IWS utilizzano un sistema multi-adsorbente, con il quale viene studiato contemporaneamente il comportamento di adsorbimento di gas concorrenti. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / I ricercatori del Fraunhofer IWS utilizzano un sistema multi-adsorbente per indagare il comportamento di adsorbimento di gas concorrenti al fine di trovare sostanze filtranti adatte. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Nella discussione congiunta, ad esempio sulle esigenze della soluzione di filtraggio desiderata, vengono poste le basi per la scelta dei mezzi di essiccazione appropriati. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / I ricercatori discutono le specifiche della nuova soluzione di filtraggio e scelgono i mezzi di essiccazione più adatti sulla base di ciò. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

I migliori candidati adsorbenti vengono integrati nel prototipo di sistema di filtrazione, realizzato dall'azienda ULT di Löbau. Una caratteristica distintiva di questo sistema rispetto ai sistemi di filtrazione convenzionali è il monitoraggio tramite sensori, che rileva automaticamente quando il mezzo filtrante è saturo di sostanze e deve essere sostituito. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Il progetto MultiFUN è stato finanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR).

Attraverso la lavorazione dei metalli con laser e plasma, molte sostanze inquinanti vengono rilasciate nell'aria ambiente. L'Istituto Fraunhofer per la tecnologia dei materiali e delle radiazioni IWS ha ora, in collaborazione con partner, sviluppato un sistema di filtrazione che rimuove molto efficacemente le diverse sostanze dall'aria. Può essere adattato individualmente ai diversi materiali e alle sostanze rilasciate in ciascun caso. In futuro, questa tecnologia dovrebbe essere impiegata in ulteriori applicazioni come la produzione additiva.

Durante la lavorazione dei metalli con laser o plasma vengono rilasciati microparticelle e gas e sostanze nocive per la salute. Nelle aziende di lavorazione dei metalli, di solito si rimuovono queste sostanze con impianti di aspirazione e ventilazione sul posto di lavoro. Dove ciò non è possibile, i dipendenti indossano maschere di protezione. Con l'aumento dell'automazione della produzione, ad esempio tramite robot di produzione, la protezione dalle emissioni viene però spesso messa in secondo piano, quando le persone non sono presenti in modo permanente. «Questo è problematico, perché i dipendenti devono entrare di tanto in tanto nelle stanze per riparare danni, effettuare manutenzione o controllare la qualità dei prodotti», afferma Jens Friedrich, responsabile del gruppo di filtrazione di gas e particelle presso l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia dei materiali e delle radiazioni IWS di Dresda. «In questi casi, i dipendenti vengono lasciati all'oscuro di quanto l'aria sia effettivamente inquinata.»

Un sistema di filtrazione per tutto

Per questo motivo, l'Istituto Fraunhofer IWS di Dresda ha sviluppato, in un progetto finanziato pubblicamente, insieme a aziende della Sassonia, un sistema di filtrazione che purifica l'aria negli ambienti di produzione e cattura efficacemente una vasta gamma di sostanze inquinanti contemporaneamente. Oggi sono standard i filtri a carbone attivo, che ad esempio trattengono sostanze organiche volatili, i cosiddetti VOC. Tuttavia, nelle aziende di lavorazione dei metalli e nelle officine si trovano spesso anche sostanze come formaldeide, ossidi di azoto o problematiche connessioni di zolfo. Durante la saldatura laser vengono inoltre rilasciate microparticelle di metallo o di materiale di saldatura. Finora non esisteva un sistema di filtrazione in grado di rimuovere tutte queste sostanze dall'aria in modo altrettanto efficace. Nel progetto MultiFUN, i partner hanno sviluppato per la prima volta un sistema di filtri flessibile di questo tipo. È composto da più moduli intercambiabili singolarmente. Ogni livello di filtro contiene un mezzo filtrante specifico, che rimuove determinate sostanze dall'aria. Oltre al carbone attivo, vengono impiegati zeoliti o polimeri porosi, ma anche cosiddetti composti di strutture metallo-organiche.

Test su molte sostanze diverse

Per trovare il mezzo filtrante più adatto, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer IWS hanno inizialmente testato in laboratorio una serie di sostanze per verificare quanto bene adsorbono le diverse sostanze inquinanti dell'aria. I migliori candidati sono stati poi integrati nel prototipo di sistema di filtrazione, realizzato dall'azienda ULT di Löbau. Una caratteristica particolare rispetto ai sistemi di filtrazione tradizionali è la sensoristica di misurazione, che riconosce automaticamente quando il mezzo filtrante è saturo di sostanze e deve essere sostituito. Lo stato viene indicato visivamente tramite LED colorati per ogni livello di filtro e classe di sostanze inquinanti. Di conseguenza, deve essere sostituito solo il livello di filtro interessato.

Meglio non rinunciare ai sistemi di filtrazione

Con l'aumento dell'automazione, attualmente cresce il numero di ambienti industriali in cui l'aria viene purificata in modo insufficiente — ad esempio anche nelle installazioni di produzione 3D. «Questo inevitabilmente porterà a conflitti, perché non si può fare a meno delle persone», afferma Jens Friedrich. «È assolutamente sensato utilizzare sistemi di filtrazione per proteggere costantemente la salute dei dipendenti — anche se entrano solo occasionalmente nelle aree automatizzate.» Nella produzione additiva con robot laser 3D, inoltre, vengono rilasciate in grandi quantità microparticelle che possono contaminare anche l'ambiente e le officine se si depositano. Le particelle possono contaminare prodotti di alta qualità. Inoltre, rappresentano un rischio di incidente, perché si può scivolare sui granuli che si accumulano sul pavimento.

In collaborazione con diverse aziende, l'Istituto Fraunhofer IWS sta attualmente sviluppando un sistema specificamente progettato per filtrare le sostanze inquinanti e le sostanze rilasciate durante la produzione additiva. «Il nostro istituto possiede competenze nella lavorazione laser, conoscenze sui materiali e competenze nello sviluppo di sistemi completi», afferma Friedrich. «Siamo quindi il partner giusto per lo sviluppo di soluzioni di filtrazione di questo tipo.» Inoltre, vede una crescente domanda di sistemi di filtrazione anche per la produzione e il riciclo di batterie, che rimuovono diverse sostanze dall'aria. In particolare, perché in questi processi vengono utilizzati metalli come nichel, manganese e cobalto, che possono formare composti dannosi anche a basse concentrazioni.»

Il progetto MultiFUN è stato finanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR). Tra i partner figurano l'ULT AG di Löbau, la SEMPA SYSTEMS GmbH di Dresda, il produttore tessile Norafin Industries GmbH di Mildenau e l'Istituto Fraunhofer IWS.