Feinstaub wassersparend binden: BMBF-Projekt OPTEB entwickelt neuartige Sprühdüsen

Bei Abrissarbeiten, Haldenaufschüttungen oder in Industrieunternehmen mit Förderbandübergaben – überall dort, wo Staub aufgewirbelt wird, entsteht auch Feinstaub, der für die Gesundheit des Menschen eine Gefahr darstellen kann. Die sichere Abscheidung des Staubs wird damit zu einer zentralen Herausforderung. Die VSR Industrietechnik GmbH aus Duisburg hat in Kooperation mit einer Forschergruppe der Bergischen Universität ein verbessertes Verfahren für diesen Zweck entwickelt.
Ein Windkanal in einer Testhalle (Institut für Partikeltechnologie, Marcel Zillgitt, Lukas Hildebrandt)
Windkanal zur nassen Partikelabscheidung in der Versuchshalle der Bergischen Universität Wuppertal
Foto: Institut für Partikeltechnologie, Marcel Zillgitt, Lukas Hildebrandt

Eine häufig eingesetzte Lösung zur Emissionsminderung sind Wassersprühsysteme, bei der die Kleinstpartikel mithilfe von Wassertropfen aus der Luft entfernt werden. Je nach Einsatzgebiet müssen dafür erhebliche Mengen Wasser aufgewendet werden. Mit dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt „OPTEB“ verfolgten die Partner das Ziel, ein Sprühsystem zu entwickeln, das möglichst wenig Wasser bei geringem Energieeinsatz verbraucht und dazu flexibel einsetzbar ist – je nach Einsatzumgebung und Größenverteilung der Partikel. Zunächst wurden dazu bereits bestehende Düsensysteme untersucht und modifiziert. In einem zweiten Schritt haben die Forschenden die Sprühverfahren und Systeme zur elektrostatischen Aufladung von Wassertropfen kombiniert. Die gezielte elektrostatische Ladung des Sprühnebels ist aufgrund der möglicherweise besseren Partikelbindung ein wesentlicher Faktor zur Reduzierung der Wassermenge.

„Die VSR Industrietechnik GmbH hat für den Test der Effizienz des neu entwickelten Sprühsystems einen speziellen Windkanal entworfen und gebaut“, erklärt VSR-Geschäftsführer Dr. Christian Körling. Nach den für das Vorhaben erforderlichen Untersuchungen in Duisburg wurde dieser an den Campus Grifflenberg der Universität Wuppertal verlagert, um Promovierenden und Studierenden auch zukünftig Forschungsarbeiten zur Partikelabscheidung unter Realbedingungen zu ermöglichen.

In den Versuchen wurde die Luft gezielt mit Feinstaub beaufschlagt und durch den 17 Meter langen Kanal geführt. Mit seitlich angebrachten Sprühdüsen konnte somit die Staubkonzentration gemindert und an mehreren Messstellen erfasst werden. Vor Eintritt in die Rauminnenluft trennt eine Filteranlage den übrigen Feinstaubanteil aus der Luft.

Die Sprühdüsen wurden im Labor des Instituts für Partikeltechnologie (IPT) der Bergischen Universität untersucht und charakterisiert. Mithilfe von Lasermesstechnik wurde dabei das Tropfenspektrum bestimmt, um die Tropfengrößen innerhalb des Sprühnebels zu erfassen. „Durch den zusätzlichen Einsatz von Druckluft wurden Tropfengrößen unterhalb von 20 Mikrometern erreicht. Die Aufladung der Tröpfchen erfolgte unter Einsatz von Hochspannung bis zu 30 Kilovolt, wobei nur sehr geringe Ströme flossen. Die Ladung des Sprühnebels wurde ebenfalls im Labor erfasst und war ein wesentliches Merkmal der Charakterisierung“, so IPT-Mitarbeiter Marcel Zillgitt.

Die erfolgreichen Tests zeigen, dass die im Rahmen des Projekts neu entwickelten Sprühdüsen die auszubringende Wassermenge regulieren können und für den Einsatz unterschiedlicher Wasserqualitäten geeignet sind. Durch den zusätzlich erzeugten, elektrostatischen Effekt kann die eingesetzte Wassermenge bei gleicher Wirkungsweise möglicherweise reduziert werden. Das bedeutet eine Einhaltung der Grenzwerte für Luftschadstoffe ohne erheblichen Wassereinsatz.

Das Verbundprojekt OPTEB (Optimierter Wasserverbrauch bei der Abscheidung von Feinstaub PM2.5 durch elektrostatische Beeinflussung von Wasserdispersionssystemen) ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz“. Die Maßnahme gehört zum BMBF-Programm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA³).