Research Group of Prof. Dr. M. Griebel
Institute for Numerical Simulation
maximize

Entwicklung von umweltfreundlichen Trennverfahren für Ölemulsionen - Potentiale für oleodynamische technische Innovationen durch Transfer der Funktionen spezialisierter Insekten

Projektpartner

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf, Gruppe Oberflächentechnik:
Dr. Thomas Stegmaier,  Dipl.-Ing. Andreas Scherrieble, Dipl.-Ing. Cigdem Kaya
INS - Institut für Numerische Simulation der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn:
Prof. Dr. Michael Griebel, Dipl.-Inform. Tim Golla, Dipl.-Math. Margrit Klitz, Dipl-Math. Alexander Rüttgers, Katharina Schinagl
INRES - Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn:
Prof. Dr. Dieter Wittmann, Dipl.-Biol. Vivian Grabarek, Dipl.-Biol. Heiko Schmied
Henkel AG & Co. KgaA:
Dr. Henry Roßmaier

Projektziel: Entwicklung von Textilien zur Ölabscheidung

Bienen können Öl tragen. In der Natur ist die Fähigkeit zum Umgang mit Ölen bei einigen Bienenarten (Melittidae, Anthophoridae, Ctenoplectridae) in einer ganz besonderen Art und Weise ausgeprägt. Diese Bienen können Öle in einem Haarpolster auf den Hinterbeinen aufnehmen, tropffrei halten und wieder vollständig ablösen. Im Gegensatz dazu sind bei technischen Oberflächen bisher keine Strukturen mit solchen Eigenschaften bekannt. Ölfilme, die sich auf Oberflächen ablagern, verändern deren Eigenschaften. Dies gilt für physikalische Eigenschaften wie Adhäsion, Benetzung, Wärme- und Stoffaustausch und für das Aussehen, also die Ästhetik von Oberflächen. Als weiteres natürliches Vorbild untersuchen wir Wüstenflughühner. Diese Vögel tragen zwar kein Öl, aber in ihrem Brustgefieder große Mengen Wasser über lange Strecken zum Brutplatz in der Wüste. Auch hier interessieren uns die geometrischen, chemischen und physikalischen Strukturparameter des Gefieders.
Fotos: Flughuhn und Ölbiene beim Sammeln
Ausgehend von den Vorbildern aus der Natur hat sich das interdisziplinäre Projektteam aus Forschungsinstituten und Industrie das Ziel gesetzt, neuartige faserbasierte Filtersysteme zu entwickeln. Diese sollen aufgrund ihrer extrem hohen Saugfähigkeit und Haltekapazität ölige Bestandteile aus Öl-Wasser-Emulgatoren energiearm separieren und sammeln können. So können die Öle einem Recyclingverfahren zugeführt werden. Darauf aufbauend sollen wieder verwendbare Ölbindetextilien entwickelt werden, die sowohl die Einweganwendung als auch die Umwelt belastende thermische Entsorgung hinfällig machen.

Umweltentlastender Effekt und Nachhaltigkeit

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Reinigung von Industriegütern sind die Technologien zur Verlängerung der Wirksamkeit der Reinigungsbäder und zur Badpflege. Derartige Reinigungsanlagen werden in vielen Industriezweigen vor dem Lackieren und Emaillieren aber auch in Autowaschanlagen eingesetzt. Bei den Membranverfahren ist es nicht zu vermeiden, dass bei der Trennung auch der Reiniger aus dem Bad ausgeschieden wird. Dies erfordert eine aufwändige Analyse des Restbades und eine Nachdosierung.
Das mit Hilfe von bionischen Methoden entwickelte Verfahren zur Badreinigung mit Textilfiltern soll sich gegenüber den Membranverfahren und den Zentrifugalkraftabscheidern in einer höheren Robustheit der Anlage und in einer einfacheren und zuverlässigeren Verfahrenstechnik auszeichnen. Angestrebt wird eine spezifische Abtrennung des Öls ohne Reiniger, was zu einem geringeren Bedarf an Analytik und Additiven führt. Da die zu entwickelnden textilen Werkstoffe zur Ölaufnahme, zum Öltransport und zur Speicherung wieder verwendbar sein sollen, fallen keine Einwegprodukte an, die kosten- und energieaufwändig sind und zudem umweltbelastend entsorgt werden müssen. Ein Recycling des aufgenommenen Öls und seine Weiterverarbeitung zu anderen Produkten sind möglich, was bei Verknappung der Ressourcen von Vorteil ist. Ausstattungen von Reinigungsanlagen mit derartigen Öltrennverfahren reduzieren die Belastung von Grundwasser und Oberflächengewässern.

Anwendungspotential und Wirtschaftlichkeit

Die Anwendung der Ergebnisse wird voraussichtlich im industriellen und beruflichen Bereich liegen. Der Markt für wässrige industrielle Reinigungsmittel umfasst in Europa etwa 100.000 t/Jahr, das sind entsprechend etwa 50.000.000 m³ Waschflotte, die behandelt werden müssen. Hinzu kommt das 2-3 fache Volumen an Kühlschmierstoffemulsionen. In der europäischen Metallbearbeitung werden etwa 120-140.000 t/Jahr wassermischbare und etwa 180.000 t/Jahr nicht wassermischbare Öle verarbeitet, die abgereinigt werden müssen. Beim neu zu entwickelnden Badreinigungsverfahren sollen die wesentlich niedrigeren Investitions- und Betriebskosten der neuen Technologie zu einer besseren Wirtschaftlichkeit als bei den kostenintensiven Verfahren der Membran- und Zentrifugalabscheidung führen.
Weitere Anwendungspotenziale liegen bei technischen Anwendungen wie Öl aufsaugende und Öl abgebende Tücher für Notfallsysteme, die bei Öltankerhavarien und bei Ölkontaminationen in Binnengewässern eingesetzt werden. Bei Havarien zu Land und auf See kann das Öl gesammelt und aufbereitet werden, indem es aus dem Speichermedium herausgequetscht wird.

Projekt

Fördermaßnahme "BIONA - Bionische Innovationen für nachhaltige Produkte und Technologien" des Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektnummer:  00160110
Projektträger: Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
BIONABMBF LogoProjektträger im DLR - Logo

Links

Bericht über das Projekt bei Galileo auf Pro 7 am 7.7.2011: Online ansehen