Im Projekt soll ein Sensorsystem entwickelt werden, welches erlaubt, den Zustand eines Sorptionsmittels zur Luft-/Gasreinigung sicher zu überwachen und ein Signal zu generieren, wenn das Sorptionsmittel nahezu aufgebraucht ist. Ein Austausch des verbrauchten Sorptionsmittels bzw. Luftfilters kann somit bedarfsgerecht erfolgen, sodass dessen Kapazität möglichst gut ausgenutzt werden kann. Gleichzeitig wird die Schutzwirkung des Filters während der gesamten Nutzungsdauer sichergestellt um Schadstoffbelastungen für Mensch oder Umwelt zu vermeiden.

Einsatzbereiche

Die Reinigung der Luft in Innenbereichen ist seit 2020 stark in den Fokus gerückt. Neben partikulären Belastungen können auch gasförmige Stoffe schnell gesundheitlich bedenkliche Auswirkungen zur Folge haben. Um diese Komponenten der Luft zu entziehen, ist die Anwendung von Sorptionsmitteln (meist Aktivkohle) üblich. So sind die meisten Küchenabzugshauben und viele Raumluftreiniger mit einer solchen Technologie ausgestattet. Weitere Einsatzgebiete von Sorptionsmitteln findet man in der Belüftung von Schutzräumen/ -kabinen, in der Abluftreinigung industrieller Prozesse sowie in der Bereitstellung sauberer Prozessluft und zunehmend auch in der stationären Raumluftfiltration.

Die Frage nach dem richtigen Zeitpunkt des Austausches vom Sorptionsmittel stellt für die Betreiber ein Problem dar. Selbst wenn die Sorptionseinheit mit einer kostenintensiven Technologie zum Gasmonitoring ausgestattet ist (nur bei Großanlagen), kommt die Information für den notwendigen Wechsel des Sorptionsmittels erst mit oder nach dem Durchbruch der Sorptionsschicht. Bei kleineren Filtern für die Belüftung von Innenräumen oder in mobilen Anwendungen ist während des Betriebs keine Information über den Zustand und die verbleibende Schadstoffkapazität des Sorptionsmittels verfügbar.

Für Gasreinigungseinheiten, welche dem Arbeits-/ Gesundheitsschutz dienen, muss ein entsprechend frühzeitiger Wechsel der Sorptionseinheit vorgesehen werden. Beispielsweise legt die Handlungsanweisung 581 der BG Bau zwar fest, dass Fahrerkabinen beim Einsatz in kontaminierten Bereichen über ein entsprechend ausgestattetes Lüftungssystem verfügen müssen, die Normen für den Sorptionsfilter beinhalten aber nur die Art der Prüfung des Filters und keine Empfehlungen für die Einsatzdauer.

Auch in der industriellen Abluftbehandlung zur Reduzierung kritischer gasförmiger Komponenten werden häufig Sorptionsmittel als Schüttbett eingesetzt. Den Betreibern solcher Anlagen fehlt es hier ebenfalls an einem Indikator für den Zustand ihrer Sorptionsmittel. Somit erfolgt der Austausch dann entweder viel zu früh, was letztlich zu erhöhten Kosten für die Abluftbehandlung führt, oder zu spät, was eine unzulässige Umweltbelastung durch Emissionen nach sich zieht. Auch hier ist eine Sensorik notwendig, welche dem Betreiber meldet, wann sein Sorptionsmittel aufgebraucht ist und ausgetauscht werden sollte.

Zielstellung

Im Projekt wird ein Sensorsystem zur Durchbruchserkennung von Adsorptionsfiltern entwickelt. Es erlaubt die sichere Überwachung des Zustands eines Sorptionsmittels zur Luft-/Gasreinigung und generiert bei Überschreitung eines Schwellwertes ein Signal, wenn das Sorptionsmittel nahezu aufgebraucht ist. Ein Austausch des verbrauchten Sorptionsmittels bzw. Luftfilters kann somit bedarfsgerecht erfolgen, sodass einerseits dessen Kapazität möglichst gut ausgenutzt werden kann, und andererseits die Schutzwirkung über der gesamten Nutzungsdauer beibehalten wird.

Bild 2: Versuchsapparatur für Messungen an Aktivkohleschichten zur Erfassung des Verlaufes der Adsorptionsfront unter definierten Bedingungen