Altijd schone lucht

Om de geschikte filterstoffen te vinden, gebruiken de onderzoekers van het Fraunhofer IWS een multi-adsorptiesysteem, waarmee het adsorptiegedrag van concurrerende gassen gelijktijdig wordt onderzocht. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / De onderzoekers van het Fraunhofer IWS gebruiken een multi-adsorptiesysteem om het adsorptiegedrag van concurrerende gassen te onderzoeken en zo geschikte filterstoffen te vinden. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

In het gezamenlijke gesprek, bijvoorbeeld over de eisen aan de beoogde filteroplossing, worden de basisprincipes gelegd voor de selectie van geschikte droogmiddelen. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / De onderzoekers bespreken de specificaties van de nieuwe filteroplossing en kiezen op deze basis geschikte droogmiddelen. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

De beste adsorptiemiddelen worden vervolgens geïntegreerd in het filter systeemprototype, dat is vervaardigd door het bedrijf ULT uit Löbau. Een onderscheidend kenmerk van dit systeem in vergelijking met conventionele filtersystemen is de sensormonitoring, die automatisch detecteert wanneer het filtermedium verzadigd is met stoffen en moet worden vervangen. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Het MultiFUN-project werd gefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO).

Door de metaalbewerking met laser en plasma komen veel verschillende schadelijke stoffen in de omgevingslucht terecht. Het Fraunhofer-instituut voor Werkstoff- en Strahltechnik IWS heeft nu samen met partners een filterinstallatie ontwikkeld die zeer efficiënt de verschillende stoffen uit de lucht verwijdert. Ze kan individueel worden aangepast aan de verschillende materialen en de telkens vrijgekomen stoffen. In de toekomst moet de techniek in verdere toepassingen zoals de additieve productie worden ingezet.

Bij de bewerking van metalen met lasers of plasma worden microscopische deeltjes en schadelijke gassen en stoffen vrijgezet. In metaalverwerkende bedrijven worden deze stoffen meestal met afzuig- en ventilatiesystemen van de werkplek verwijderd. Waar dat niet mogelijk is, dragen medewerkers beschermingsmaskers. Met de toenemende automatisering van de productie, bijvoorbeeld door fabricage-robots, komt de bescherming tegen uitstoot echter regelmatig op de achtergrond te staan wanneer mensen niet permanent aanwezig zijn. «Dat is problematisch, omdat medewerkers af en toe de ruimtes moeten betreden om schade te herstellen, de installatie te onderhouden of de kwaliteit van de producten te controleren», zegt Jens Friedrich, groepsleider Gas- en Partikelfiltratie bij het Fraunhofer-instituut voor Werkstoff- en Strahltechnik IWS in Dresden. «De medewerkers worden dan onduidelijk geïnformeerd over hoe sterk de lucht daadwerkelijk belast is.»

Een filterinstallatie voor alles

Het Fraunhofer IWS in Dresden heeft daarom in een publiek gefinancierd project samen met bedrijven uit Saksen een filterinstallatie ontwikkeld die de lucht in productieruimtes reinigt en tegelijkertijd een groot aantal schadelijke stoffen effectief bindt. Standaard zijn tegenwoordig actieve-koolfilterinstallaties die bijvoorbeeld vluchtige organische stoffen, de zogenaamde VOC, tegenhouden. In metaalverwerkende bedrijven en werkplaatsen komen echter vaak stoffen zoals formaldehyde, stikstofoxiden of problematische zwavelverbindingen bij. Bij laserlassen worden bovendien microscopische deeltjes van metaal of lasmateriaal vrijgelaten. Een installatie die alle stoffen even goed uit de lucht verwijdert, bestond tot nu toe niet. In het project MultiFUN hebben de partners voor het eerst zo'n flexibel filtersysteem ontwikkeld. Het bestaat uit meerdere, afzonderlijk verwisselbare modules. Elke filterlaag bevat een specifiek filtermedium dat gericht bepaalde stoffen uit de lucht verwijdert. Naast actieve kool worden bijvoorbeeld zeolieten of poreuze polymeren gebruikt, maar ook zogenaamde metallo-organische raamwerkverbindingen.

Tests met veel verschillende stoffen

Om het juiste filtersubstantie te vinden, hebben de onderzoekers van het Fraunhofer IWS eerst in het laboratorium een hele reeks stoffen getest op hoe goed deze de verschillende luchtverontreinigingen adsorberen. De beste kandidaten werden vervolgens geïntegreerd in het prototype van de filterinstallatie, dat door het bedrijf ULT uit Löbau is vervaardigd. Een bijzonderheid ten opzichte van conventionele filterinstallaties is de meetsensoriek, die automatisch herkent wanneer het filtermedium verzadigd is met stoffen en vervangen moet worden. De toestand wordt visueel weergegeven via gekleurde LEDs voor elke filterlaag en schadstoffklasse. Alleen de betreffende filterlaag hoeft dan te worden vervangen.

Beter geen filtersystemen overslaan

Door de toenemende automatisering neemt het aantal fabriekshallen waarin de lucht onvoldoende wordt gereinigd momenteel toe – bijvoorbeeld ook bij 3D-productiesystemen. «Dat zal onvermijdelijk leiden tot conflicten, omdat het nooit helemaal zonder mensen kan», zegt Jens Friedrich. «Het is absoluut verstandig om filterinstallaties te gebruiken om de gezondheid van de medewerkers permanent te beschermen – ook als ze de geautomatiseerde gebieden slechts af en toe betreden.» Bij de additieve productie met 3D-laserrobots komt daarbij dat grote hoeveelheden microscopische deeltjes vrijkomen, die ook de ruimte en de werkplaatsen vervuilen wanneer ze zich afzetten. De deeltjes kunnen hoogwaardige producten contamineren. Bovendien vormen ze een risico op ongelukken, omdat men op de bolletjes kan uitglijden als ze zich op de vloer verzamelen.

Samen met meerdere bedrijven werkt het Fraunhofer IWS momenteel aan de ontwikkeling van een installatie die specifiek is afgestemd op het filteren van schadelijke stoffen en stoffen die vrijkomen bij de additieve productie. «Ons instituut beschikt over expertise in laserbewerking, materiaalkennis en ervaring in de ontwikkeling van complete systemen», zegt Friedrich. «In die zin zijn wij de juiste partner voor de ontwikkeling van dergelijke filtersystemen.» Ook voor de productie en recycling van batterijen ziet hij een groeiende behoefte aan filtersystemen die verschillende stoffen uit de lucht verwijderen. Vooral omdat daar metalen zoals nikkel, mangaan en kobalt worden gebruikt, die verbindingen kunnen vormen die al bij zeer lage doses schadelijk voor de gezondheid kunnen zijn.

Het project MultiFUN werd gefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO). De partners zijn onder andere ULT AG uit Löbau, het bedrijf SEMPA SYSTEMS GmbH uit Dresden, de textielproducent Norafin Industries GmbH uit Mildenau en het Fraunhofer IWS.