Zawsze czyste powietrze

Aby znaleźć odpowiednie substancje filtracyjne, badacze z Fraunhofer IWS korzystają z systemu wieloadsorpcyjnego, który jednocześnie bada zachowanie adsorpcyjne konkurujących gazów. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / Naukowcy z Fraunhofer IWS używają systemu wieloadsorpcyjnego do badania zachowania adsorpcyjnego konkurujących gazów w celu znalezienia odpowiednich substancji filtracyjnych. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

W wspólnej rozmowie, na przykład na temat wymagań dotyczących planowanego rozwiązania filtracyjnego, kładzie się podstawy do wyboru odpowiednich środków suszących. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / Naukowcy omawiają specyfikacje nowego rozwiązania filtracyjnego i na tej podstawie wybierają odpowiednie środki suszące. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Najlepsi kandydaci na adsorbenty są następnie integrowani w prototyp systemu filtracyjnego, który został wyprodukowany przez firmę ULT z LÖbau. Charakterystyczną cechą tego systemu w porównaniu do konwencjonalnych systemów filtracyjnych jest jego monitorowanie sensorowe, które automatycznie wykrywa, kiedy medium filtracyjne jest nasycone substancjami i wymaga wymiany. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Projekt MultiFUN został dofinansowany przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego (EFRR).

Obróbka metali laserem i plazmą wprowadza do otaczającego powietrza wiele różnych substancji szkodliwych. Instytut Fraunhofer ds. Technologii Materiałów i Promieniowania IWS opracował wspólnie z partnerami system filtracyjny, który bardzo skutecznie usuwa różne substancje z powietrza. Może być on indywidualnie dostosowany do różnych materiałów i uwalnianych substancji. W przyszłości technologia ta ma znaleźć zastosowanie w innych dziedzinach, takich jak produkcja addytywna.

Przy obróbce metali laserem lub plazmą uwalniane są mikropartykuly oraz szkodliwe dla zdrowia gazy i substancje. W zakładach przetwarzających metale zazwyczaj usuwa się te substancje za pomocą systemów odciągowych i wentylacyjnych z miejsca pracy. Tam, gdzie jest to niemożliwe, pracownicy noszą maski ochronne. Wraz z rosnącym stopniem automatyzacji produkcji, na przykład przez roboty przemysłowe, ochrona przed emisjami coraz częściej schodzi na dalszy plan, gdyż ludzie nie są stale obecni na miejscu. »To jest problematyczne, ponieważ pracownicy muszą czasami wchodzić do pomieszczeń, aby naprawić uszkodzenia, przeprowadzić konserwację urządzeń lub sprawdzić jakość produktów«, mówi Jens Friedrich, kierownik grupy ds. filtracji gazów i cząstek w Instytucie Fraunhofer ds. Technologii Materiałów i Promieniowania IWS we Dreznie. »Pracownicy nie są wtedy informowani, jak bardzo powietrze jest faktycznie zanieczyszczone.«

System filtracyjny na wszystko

Dlatego też Instytut Fraunhofer IWS we Dreznie, w ramach projektu finansowanego ze środków publicznych, wspólnie z firmami z Saksonii opracował system filtracyjny, który oczyszcza powietrze w pomieszczeniach produkcyjnych i jednocześnie skutecznie wiąże szeroki zakres substancji szkodliwych. Obecnie standardem są filtry węglowe, które na przykład zatrzymują lotne związki organiczne, tzw. VOC. W zakładach przemysłu metalowego i warsztatach często pojawiają się jednak substancje takie jak formaldehyd, tlenki azotu czy problematyczne związki siarki. Podczas spawania laserowego uwalniane są również mikropartykuly metalu lub spoiwa spawalniczego. Dotychczas nie istniał system, który skutecznie usuwałby wszystkie te substancje z powietrza w pomieszczeniu. W projekcie MultiFUN partnerzy po raz pierwszy opracowali taki elastyczny system filtracji. Składa się on z kilku wymiennych modułów. Każda warstwa filtra zawiera określony materiał filtracyjny, który specyficznie usuwa wybrane substancje z powietrza. Oprócz węgla aktywnego stosuje się na przykład zeolity, porowate polimery, a także tzw. związki metalorganiczne.

Testy na wielu różnych substancjach

Aby znaleźć odpowiedni materiał filtracyjny, naukowcy z Instytutu Fraunhofer IWS najpierw w laboratorium przetestowali, jak dobrze poszczególne substancje adsorbują różne zanieczyszczenia powietrza. Najlepsze kandydaty zostały następnie zintegrowane z prototypem systemu filtracyjnego, który wyprodukowała firma ULT z Łobza. Szczególnością w porównaniu do tradycyjnych systemów jest zastosowanie czujników pomiarowych, które automatycznie wykrywają, kiedy materiał filtracyjny jest nasycony substancjami i wymaga wymiany. Stan filtra jest wizualnie sygnalizowany za pomocą kolorowych diod LED dla każdej warstwy filtra i klasy zanieczyszczenia. W związku z tym wymienia się tylko tę warstwę, która jest w danym momencie najbardziej zużyta.

Lepsze unikanie rezygnacji z filtracji

Wraz z rosnącym stopniem automatyzacji obecnie wzrasta liczba hal produkcyjnych, w których powietrze jest słabo oczyszczane — na przykład w przypadku urządzeń do produkcji 3D. »To nieuchronnie doprowadzi do konfliktów, ponieważ nigdy nie da się całkowicie wyeliminować ludzi«, mówi Jens Friedrich. »Zdecydowanie warto stosować systemy filtracyjne, aby na bieżąco chronić zdrowie pracowników — nawet jeśli wchodzą oni do zautomatyzowanych obszarów tylko okazjonalnie.« W przypadku produkcji addytywnej z użyciem robotów laserowych pojawia się dodatkowo problem uwalniania dużych ilości mikropartykli, które mogą zanieczyścić pomieszczenie i warsztaty, gdy osiadają na powierzchniach. Partykule mogą kontaminować wysokiej jakości produkty. Ponadto stanowią zagrożenie wypadkowe, ponieważ można na nie poślizgnąć się na podłodze, gdy się na niej zbierają.

Wspólnie z kilkoma firmami Instytut Fraunhofer IWS obecnie pracuje nad rozwojem systemu, który jest specjalnie dostosowany do filtracji substancji uwalnianych podczas produkcji addytywnej. »Nasz instytut dysponuje kompetencjami w zakresie obróbki laserowej, wiedzą o materiałach oraz doświadczeniem w opracowywaniu całych systemów«, mówi Friedrich. »W związku z tym jesteśmy odpowiednim partnerem do opracowania takich rozwiązań filtracyjnych.« Również w zakresie produkcji i recyklingu baterii widzi on rosnące zapotrzebowanie na systemy filtracyjne, które usuwają różne substancje z powietrza. Szczególnie dlatego, że w tym procesie wykorzystywane są metale takie jak nikiel, mangan i kobalt, które mogą tworzyć związki szkodliwe dla zdrowia już przy bardzo niskich dawkach.

Projekt MultiFUN został dofinansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (EFRR). Partnerami są firma ULT z Łobza, firma SEMPA SYSTEMS GmbH z Drezna, producent tekstyliów Norafin Industries GmbH z Mildenau oraz Instytut Fraunhofer IWS.