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Nanofaser - Bessere Luft mit Hightech-Fasern
12.10.2021
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Promotion
Beim Einbringen, Fördern, Verarbeiten und Verladen von Schüttgütern entstehen Stäube - sowohl bei grobkörnigen Produkten wie Getreide, Futterpellets oder Kunststoffgranulat als auch bei feinpulvrigen wie Zement, Quarzmehl oder Puderzucker. Nur eine funktionierende, effektive und richtig dimensionierte Entstaubungstechnik gewährleistet die dauerhafte Weiterführung des Betriebs.
Bereits 2017 hat WAM den ersten Filter mit Nanofiltermaterial vorgestellt und schrittweise alle Baureihen auf das neue Medium umgestellt. Die aus vielen Produkten des täglichen Bedarfs wie Reinigungsmitteln oder Kosmetika bekannte Nanotechnologie befasst sich mit den besonderen Oberflächeneigenschaften von Kleinstteilchen. WAM macht sich diese Technik zu Eigen und überträgt sie auf die Herstellung von Filterelemente. Dabei wird das Polyestervlies der Filterelemente mit einem Netz aus engmaschigen Nanofasern überzogen, das die Filtrationseigenschaften deutlich verbessert. Verwendet wird dafür ein sogenanntes Elektrospinnverfahren, bei dem innerhalb eines starken elektrischen Feldes eine Kunststofflösung durch eine Düse gezogen und in Richtung einer Unterlage beschleunigt wird. Auf dieser Unterlage befindet sich eine Elektrode, auf der sich der „Faden“ in geschlungener Form als Nanofaser bzw. einem Netz aus Nanofasern niederschlägt. Dieses Netz muss im weiteren Verfahren mit dem Polyestervlies dauerhaft verbunden werden. Anschließend werden die Nanofaservliese zu Filterelementen in unterschiedlichen Längen und Formen (Patronen und Polypleats) gefertigt.
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Links: Nanofasern im Vgl. mit einem menschlichen Haar.
Rechts Mit einem Nanofasernetz überzogenes Polyesterflies
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Niedrigerer Reststaubgehalt durch engmaschige Oberflächenfiltration
Während herkömmliche Polyestervliese nach dem Prinzip der Tiefenfiltration funktionieren, liegt der Vorteil von Nanofasern in der Oberflächenfiltration. Bei ersterem werden Partikel im Inneren des Vlieses positioniert und zurückgehalten. Die volle Filterwirkung wird erst erzielt, wenn das Filtermaterial mit Staub durchdrungen ist und sich eine Filterhilfsschicht aufgebaut hat. Nachteil ist das Zusetzen des Mediums, wodurch im Zeitablauf immer weniger staubhaltige Luft verarbeitet werden kann. Die Nanofaserelemente arbeiten nach dem Prinzip der Oberflächenfiltration. Die Partikel lagern sich auf der Oberfläche des Filters (also dem Nanofasernetz) ab und dringen nicht tief in das Filtermedium ein. Das gelingt, weil das Nanofasernetz wesentlich engmaschiger als das Polyestervlies ist. Durch den deutlich verbesserten Abscheidegrad der Nanofasern gegenüber dem bisher verwendeten Polyestervlies konnten die Emissionswerte stark nach unten korrigiert werden – bei der Zementsiloentstaubung von bisher < 10 mg/m³ auf
< 1mg/m³ Reststaubgehalt.
Verbesserte Luftdurchlässigkeit
Auch bei der Luftdurchlässigkeit ist die Nanofaser dem herkömmlichen Polyestervlies überlegen. Über verschiedene Druckdifferenzen betrachtet ist sie im Durchschnitt um 25 % höher als beim Polyestervlies.
Geringere Energiekosten
Filtersysteme mit Nanofaserfiltermedien verzeichnen außerdem einen langsameren Anstieg des Druckverlustes: Während das Vlies bereits nach einer Stunde den Wert von 20 mmWS erreicht, misst man diesen Wert bei der Nanofaser erst nach 4,5 h. Wird für den Betrieb ein Ventilator eingesetzt, kann er mit einer geringeren Drehzahl betrieben werden und der Energieverbrauch sinkt. Nicht zuletzt sorgt die einfachere Abreinigung der Filterelemente mit der Reduzierung des dafür notwendigen Drucks um 1 bar und längeren Pausenzyklen dafür, dass der Druckluftverbrauch insgesamt halbiert und so eine signifikante Kostensenkung erreicht werden kann.
Kostenreduktion durch kleineres Filtersystem
Eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht man auch durch die Verringerung der Filterfläche. Die verbesserte Luftdurchlässigkeit erlaubt es, die Filterfläche um bis zu 25% zu reduzieren, um vergleichbare Werte wie mit herkömmlichem Filtervlies zu erzielen. Der gesamte Filter inkl. Gehäuse kann kleiner ausgelegt werden, was je nach Größe und Ausstattung Einsparungen von 6 bis 10% bei den Anschaffungskosten bedeutet. Auch bei der Wartung sind Einspareffekte zu erzielen, da sich die Standzeiten um ca. 20% erhöhen.
Neben den wirtschaftlichen Aspekten soll der Umweltaspekt nicht unerwähnt bleiben, denn die Reduzierung von Emissionen wirkt sich umwelttechnisch positiv aus und bietet auch für Genehmigungen von Anlagen durchaus Vorteile.