So halten innovative Filter aus Carbonfasern die Luft rein

In der Umwelttechnik ist die Reinigung von Abgasen aus Industrieanlagen durch Filter essenziell. Weil sie Chemikalien, Hitze und Korrosion standhalten müssen, kommen klassische Filtermedien aus Hochleistungskunststoffen dabei zunehmend an ihre Grenzen. Verstärkte Vliesstoffe aus Carbonfasern könnten die Lösung sein.

Filterelemente sind ein wichtiger Begleiter vieler Industrieanlagen. Sie werden zum Beispiel in Kraftwerken, Zement- und Chemieanlagen sowie in Abfallverbrennungsanlagen eingesetzt. In diesen Anlagen entsteht Feinstaub, der nicht in die Umgebungsluft gelangen darf. Filter leisten in diesen Anlagen das, was von ihnen erwartet wird, und filtern Flugasche, Zementstäube und andere Staubpartikel aus dem Abgas. Doch mit neuen Anforderungen in vielen Produktionen tauchen zwei Probleme auf, mit denen herkömmliche Filtermedien aus Kunststofffasern immer öfter überfordert sind. 

Textile Filtermedien aus Hochleistungskunststofffasern kommen an ihre Grenzen

Zum einen sind die Kunststoffe nicht immer ausreichend chemisch beständig: Wenn Chemikalien wie Säuren oder Laugen über eine lange Zeit auf sie einwirken, zerstören sie den Filter und er muss ausgetauscht werden. Eine weitere Schwierigkeit ist die Temperaturbeständigkeit: Typischerweise halten Hochleistungskunststofftextilien dauerhaft keine Temperaturen über 250 Grad Celsius aus. Auch kurzzeitige Temperaturausschläge über diese Grenzwerte, sogenannte Peaks, stellen sie vor Probleme.

Filter aus verstärkten Carbonfaservliesen

Mit einer sehr guten Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit bieten sich Carbonfasertextilien für den Einsatz in Filtrationsanwendungen in besonderem Maße an.

Technische Details

Ein Beispiel, bei dem es auf die Temperaturbeständigkeit von Filtern ankommt, ist die Energierückgewinnung aus den Abgasen von Industrieanlagen. In dem Prozess werden sogenannte Wärmeübertrager eingesetzt. Um das Verstopfen dieser Wärmeübertrager zu verhindern, müssen die in sie einströmenden Abgase gefiltert werden. Gleichzeitig ist diese Energierückgewinnung umso effizienter, je höher die Temperatur des Abgases aus dem Verbrennungsofen ist. Das bedeutet: Die Filtermedien müssen immer höheren Temperaturen standhalten.

Das verkraften viele konventionelle Staubfilter nicht. Die Abgase müssen deswegen zunächst abgekühlt werden, um sie filtern und anschließend der Rückgewinnung zuführen zu können. Ein Prozess, der Energie kostet – und damit letztendlich Geld.

Filtermedien aus Carbonfasern bieten viele Vorteile

Durch den Einsatz der Carbonfasern halten die Filter kurzzeitig auch Temperaturspitzen von bis zu 400 Grad Celsius aus. „Das ist ein riesiger Vorteil gegenüber herkömmlichen Textilien“, sagt Rainer Schmitt, Senior Manager in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung Central Innovation am Standort Meitingen bei der SGL Carbon. Betreiber von Anlagen könnten durch den Einsatz der neuen Filter die Standzeiten verlängern und die Schädigungen durch Temperaturspitzen deutlich reduzieren.

Ein weiterer Vorteil von Filtermedien aus Carbonfasern ist ihre chemische Beständigkeit, gerade auch bei höheren Temperaturen. In den Abgasen befindliche Säuren wie Schwefelsäure und Laugen wie Ammoniak können den Carbonfaserfiltern im Gegensatz zu den Filtermedien aus Hochleistungskunststofffasern kaum etwas anhaben.

Aus wirtschaftlicher Sicht sehen wir im Einsatz von hybriden Filtermedien mit Carbonfaservliesen einen großen Vorteil.

Dr. Rainer Schmitt, Senior Manager in der Central Innovation bei der SGL Carbon

Eine weitere Innovation im Filtermarkt: Hybridstrukturen auf Basis von Carbonfaservliesstoffen. Hier geht es um die Kombination aus Carbonfaserfiltermedien mit Gittern aus Metall oder Kohlenstoffendlosfasern. Diese Strukturen halten die Filtertextilien in Form beziehungsweise verstärken sie. Dadurch ergibt sich der große Vorteil, dass die Filter durch sogenannte Rückspülung gereinigt werden können. Bei unverstärkten Filtern geht das nicht: Sie sind meist mechanisch nicht stabil genug. Durch das Einbringen eines Stahlgeleges werden die Filtermedien außerdem faltbar. Auf kleinen Räumen wie etwa in Filterkartuschen lässt sich dadurch eine größere Filterfläche realisieren, sodass das Aufnahmevermögen des Filters steigt und mehr Staub bzw. Feststoffe zurückgehalten werden können.

An Einsatzmöglichkeiten für die Filter mangelt es nicht. Die neuen Filtermedien eignen sich sowohl für das Filtern von Stäuben aus Gasströmen als auch von Flüssigkeiten. Besonders bei aggressiven chemischen Flüssigkeiten punkten die verstärkten Vliesstoffe aus Carbonfasern mit ihrer chemischen Beständigkeit.

Temperaturbeständigkeit
Bis zu
400
400
Grad Celsius können Filter aus Carbonfaservliesen in der Spitze aushalten

Die SGL Carbon liefert bereits erste Prototypen

Erste Prototypen hat die SGL Carbon bereits in Zusammenarbeit mit einem Partner aus der Vliesstofftechnologie entwickelt. Diese Filtermedien sind nun im Feldeinsatz. Sie durchlaufen bei ausgewählten Kunden eine Testphase von drei bis sechs Monaten. Dass die neuen Filter im Vergleich zu den bisherigen Alternativen am Markt viele Vorteile bieten, ist für Schmitt bereits heute sicher. „Die Tests werden nun aber zeigen, wie viel besser wir im direkten Vergleich genau sind.“

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Dr. Rainer Schmitt, Senior Project Manager Future Fibers & Textiles
Dr. Rainer Schmitt
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