HAVER & BOECKER

Filtration von Mikroplastik
Zum Schutz der Umwelt und des Menschen

Mikrofilter im Haushalt und in der Industrie

Weniger Mikroplastik in den Kläranlagen

Ein Alltag ohne Plastik? Heutzutage nicht mehr vorstellbar. Zu vielfältig sind die Einsatzgebiete von synthetischen Kunststoffen, die wir unter dem umgangssprachlichen Begriff „Plastik“ verstehen.^[1] Kunststoffe kommen in allen Industriesektoren genauso zum Einsatz wie in allen Lebensbereichen: In Verpackungen, Textilien, Spielzeugen, Kosmetika – überall begegnet uns Plastik im Alltag. Aus Kunststoff werden Dämmstoffe, Kabelummantelungen, Autoreifen und Kunstharze hergestellt. Die Liste lässt sich unendlich erweitern.

Die verheerenden Auswirkungen, die Mikroplastikemissionen für unsere Natur und Umwelt haben, sind bekannt – ebenso die Tatsache, dass die mit Partikeln belasteten Meeresbewohner als Nahrung wieder bei uns Menschen landen. Bis zu fünf Gramm Mikroplastik gelangen pro Woche über die Nahrung in unseren Organismus.^[2]

Doch ein kompletter Verzicht auf Kunststoffe in den Unternehmen und im privaten Haushalt ist zwar wünschenswert, aber zeitnah kaum zu realisieren. Besonders lohnenswert ist deshalb ein Blick auf die Eintragspfade von Mikroplastik in die Kanalisation und damit auch zu einem Teil in die Umwelt, da die Kläranlagen nicht alle Bestandteile zurückhalten können. Je eher ein Eintritt verhindert werden kann, desto weniger Mikroplastikemissionen gelangen in die Gewässer bzw. desto geringer ist der Aufwand im Aufbereitungsprozess.

Genau an dieser Stelle werden vor allem Filterelemente für häusliche und industrielle Reinigungsprozesse interessant. Sie können in Anlagen und Geräten Mikroplastik und andere feinste Partikel zurückhalten und verringern neben der Belastung im Wasser auch den Verbrauch wichtiger Ressourcen.

1. Zahlen und zentrale Eintragspfade von Mikroplastik in die Umwelt

2. Effiziente Barrieren für Mikroplastik

2.1 Häusliche und industrielle Abwässer

2.2 Straßenabflüsse

3. Optimale Auslegung eines Mikrofilters

3.1 Filtermedium Metalldrahtgewebe

3.2 Erfolgsfaktoren „Metallgewebefilter in Haushaltsgeräten und Industrieanlagen"

Infobox Plastik & Mikroplastik

Unter Kunststoffen bzw. Plastik werden alle festen Materialien verstanden, die aus (teil-) synthetischen Polymeren aufgebaut sind. Hierzu zählen thermo- und duroplastische Kunststoffe und Elastomere, aber auch Produkte wie Lacke, textile Fasern oder Reifenabrieb. Deren Partikel, Fasern und Fragmente werden entsprechend ihrer größten Dimension in Makroplastik (> 5mm), Mikroplastik (5 mm – 1 μm) und Nanoplastik (< 1 μm) unterteilt.^[3]

1. Zahlen und zentrale Eintragspfade von Mikroplastik in die Umwelt

Laut Fraunhofer-Institut werden gut 4 kg Mikroplastik in Deutschland pro Kopf und Jahr in die Umwelt freigesetzt. Für Deutschland sind das insgesamt ca. 330 000 t pro Jahr.^[4] Ein großer Teil des Mikroplastiks schwimmt mit dem Wasser in die Umwelt. In erster Linie sind es natürliche Niederschläge und Abwässer, eine Mischung aus Schmutz-, abfließendem Niederschlags- und Mischwasser, die Mikroplastik-Teilchen mit sich führen und sie in Flüsse, stehende Gewässer und in den Boden eintragen. Doch Mikroplastik ist nicht gleich Mikroplastik. Die Unterteilung dieses umfassenderen Begriffes in einzelne Typen führt die Ursprungsvielfalt von Mikroplastikemissionen auf:^[5][6]

Primäres Mikroplastik Typ A

Industriell hergestellte Kunststoffpartikel, die z. B. in der Kosmetikproduktion (Peelings, Duschgels) oder in der Landwirtschaft (verkapselte Düngemittel) verwendet werden.

Primäres Mikroplastik Typ B

Diese Kunststoffpartikel entstehen beispielsweise in der Industrie bei der Lagerung und Herstellung von Kunststoffprodukten, bei der Nutzung in privaten Haushalten (Abrieb, Verwitterung, Zersetzung) oder im Straßenverkehr (Reifenabrieb).

Sekundäres Mikroplastik

Kunststoffpartikel, die durch Zersetzung oder Verwitterung von Makroplastik wie Plastiktüten oder –flaschen entstehen („Littering“).

In unbehandeltem Abwasser konnten Fragmente von rund 150 verschiedenen Kunststoffprodukten und kunststoffhaltigen Verbundstoffen identifiziert werden, die sich dem Bereich Makroplastik (>5mm) und großes Mikroplastik (1–5mm) zuordnen lassen.[7]

Plastik in der Umwelt – Initiative des Bundesministerums für Bildung und Forschung

2. Effiziente Barrieren für Mikroplastik

Es obliegt den kommunalen Kläranlagen und damit den zuständigen Ingenieuren und Anlagenbauern, Filtrationslösungen zu finden, die beinahe alle Plastikpartikel aus den Abwässern entfernen. Doch mindestens genauso wichtig ist es, frühzeitig Barrieren einzusetzen, die die Partikel bereits vor dem Eintritt ins Abwasser herausfiltern. Und so stehen auch die Experten aus verschiedensten Industriebereichen in der Verantwortung, effiziente und zudem auch wirtschaftliche Lösungen für Wasserfiltrationen zu finden.

Filter in Waschmaschinen
Täglich halten sie kleinste Partikel und Fasern zurück

2.1 Häusliche und industrielle Abwässer

Mit einem Anteil von 66 % geht die größte Gefahr vom primären Mikroplastik Typ B aus:^[8] Es löst sich bei der Nutzung oder Verarbeitung von kunststoffhaltigen Produkten. Übertragen auf private Haushalte und Industrien als Eintrittspfade von Mikroplastik handelt es sich unter anderem um einzelne Spül- und Waschvorgänge, bei denen Mikroplastik ins Abwasser gelangen kann. Hier sind bereits Filterelemente im Einsatz, die einen Großteil der Mikropartikel zurückhalten und separat ausleiten.
Und damit nicht genug: Form und Aufbau der Filter tragen zur Ressourcenschonung und Senkung der Energiekosten in der Nutzungs- und Gebrauchsphase bei. Denn mit einer geringeren Verstopfungsneigung des Filters sinkt der Energie- und bestenfalls auch der Wasserverbrauch.

Flusensieb in der Wäschereitechnik

In einer Zeit, in der Hygiene wichtiger ist denn je und der Wäscheumfang sogar zunimmt, führen steigende Energiepreise, Richtlinien zur Ressourcenschonung und eine Wasserverknappung durch den Klimawandel auch in Großwäschereien zu einem Umdenken: Die Aufbereitung und Nutzung von Prozesswasser und die Vermeidung von Mikroplastik sind Teil neuer Strategien. Denn Textilien tragen in besonders hohem Maße zu Mikroplastikemissionen bei. Unsere Kleidung besteht zu ca. 60 % aus synthetischen Stoffen und bei jedem Waschgang in haushaltsüblicher Menge gelangen bis zu 700.000 Mikroplastik-Fasern in das Abwasser.^[9] Insbesondere bei dem ersten Waschgang von Kleidung wird viel faserförmiges Mikroplastik emittiert.^[10] Mit dem Einsatz von feinporigen Partikelfiltern, z. B. als Bogensieb, kann ein Großteil dieser Mikropartikel zurückgehalten werden. Die Filter zeichnen sich durch eine optimale Trennschärfe sowie Steifigkeit aus. Und auch hier verhindert eine glatte Gewebeoberfläche die Anhaftung der Fasern. Überdies ermöglicht eine ausgezeichnete Rückspülbarkeit hohe Standzeiten des Filters.

Flusensieb in Waschmaschinen — © Kannegießer | Flusenabscheidung im Waschprozess

Achtung: Reifenabrieb!
Autoreifen zählen zu den größten Verursachern von Mikroplastik

2.2 Straßenabflüsse

Hotspots der Entstehung von Reifenabrieb sind Kurven, Ampeln und Kreuzungen. Durch Verwehungen, Erosion und Niederschlagswasserableitung kann Reifenabrieb in die Gewässer gelangen und sich vor allem außerhalb von Stadtzentren in Banketten und straßennahen Böden ansammeln.^[11]

Das mit Mikroplastik angereicherte Niederschlagswasser sollte also bestenfalls gefiltert in die Regenwasserkanäle gelangen. Genau das stellen dezentrale Behandlungsanlagen sicher, zu denen auch Straßenabläufe mit Reinigungsfunktion zählen – sogenannte Filtergullies.^[12] Durch den Einsatz von Filter- und Substrateinsätzen oder Filtertextilien sind Filtergullies in der Lage, neben größeren Feststoffen auch die Schadstoffbelastung des durchfließenden Wassers zu verringern. Ein ausschlaggebendes Kriterium für die Wahl geeigneter Filtersysteme ist auch der Anteil der zurückgehaltenen abfiltrierbaren Stoffe (AFS). Denn ein hoher Schadstoff-Anteil ist an diese Nanopartikel (≤ 0,6 µm) gebunden.^[13]Bei der Passage eines stabilen Drahtgewebes können vorab Feststoffe wie Steine, Laub und Kiessand zurückgehalten werden. Bei dem Einsatz eines Substrats zur Retention feinster Partikel dient das Drahtgewebe zudem als Sperrschicht für das Substrat.

Leider kann nur ein Teil der Niederschlagsmenge durch Straßenabläufe gefiltert werden. Gleichzeitig versickert eine unbestimmte Menge an Wasser abseits von Regenrinnen und Gullis und gelangt in die örtliche Kläranlage. Eine gezielte Wasserfiltration hingegen kann bei Haushaltsgeräten und industriellen Anlagen erfolgen. Daher wird im Folgenden der Einsatz effizienter Filterelemente in diesen Bereichen genauer betrachtet.

3. Optimale Auslegung eines Mikrofilters

Wie bereits beschrieben sind mit „Mikroplastik“ Partikel und Kunststoff-Fragmente mit einer Größe von 1 µm bis 5 mm gemeint. Um den Eintrag eines Großteils der Partikel über Abwasser in die Umwelt zu verringern, stellen Drahtgewebefilter eine ideale Filtrationsmöglichkeit dar. Bei einer der optimalen Durchflussleistung angepassten Filterfeinheit sorgt robustes und stabiles Metalldrahtgewebe mit seiner durchweg gleichmäßigen Maschengeometrie für eine maximale Filterkapazität.

3.1 Filtermedium Metalldrahtgewebe

Metalldrahtgewebe entsteht aus der vordefinierten Verbindung aus Kett- und Schussdrähten, die je nach Wahl der Drähte sowie der Maschenform unterschiedliche Maschenbilder ergeben. Vor allem sind es exakte geometrische Gebilde, deren Porengrößen und damit die Material- und Durchflusseigenschaften präzise definierbar sind. Sie ermöglichen eine über die gesamte Filterfläche gleichbleibende Filterleistung und sind vielseitig zu verarbeiten. Über die Auswahl der Webart und des Werkstoffes lassen sich die mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften den Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen.

3.2 Erfolgsfaktoren „Metallgewebefilter in Haushaltsgeräten und Industrieanlagen“

Bei der Planung und Entwicklung eines Mikrofilters für häusliche und industrielle Wasserfiltration spielen drei Erfolgsfaktoren eine zentrale Rolle.
Diese Faktoren basieren auf grundlegenden Thematiken, die im Entscheidungsprozess nicht fehlen dürfen, um einen optimalen Lösungsansatz zu erhalten: Durchsatz, Filterfeinheit und Wirtschaftlichkeit. Mit dem Filtermedium Drahtgewebe können Sie den Herausforderungen optimal begegnen. Wir zeigen Ihnen im Detail, wie Sie das schaffen.

Durchsatz
Belastung des Filters als Indikator für die ideale Maschenform.

Filterfeinheit
Hoher Abscheidegrad auch bei feinstem Mikroplastik.

Wirtschaftlichkeit
Drahtgewebe ist langfristig eine gute Idee.

Belastung des Filters als Indikator für die ideale Maschenform

Für Ingenieure und Entwickler in der Elektro-Hausgeräte-Branche ist eine hohe Durchflussrate bei präziser Filtrationsleistung enorm relevant. Um einen Großteil aller Mikropartikel – darunter eben auch Mikroplastik – noch vor dem Einleiten in kommunale Kläranlagen aus dem Wasser effizient herauszufiltern, ist eine optimale Filterfläche ein wichtiger Indikator für die Wahl des Filtermediums und dessen Verarbeitungsmöglichkeiten. Während die Herausforderung für die Industrie beispielsweise bei der notwendigen Steifigkeit großer Bogensiebe und deren Einfassmöglichkeiten liegt, befassen sich Ingenieure bei der Entwicklung häuslicher Elektrogeräte mit bestmöglichen Lösungen auf kleinstem Raum.

Offenes Quadrat- oder Rechteckmaschengewebe ermöglicht einen maximalen Durchsatz und ist daher für den Einsatz in häuslichen Spül- und Waschmaschinen sehr gut geeignet. Im Gegensatz zu den großen Wassermengen in industriellen Anlagen sind sie einer eher geringen Belastung ausgesetzt. Die Stabilität ist auch im Weiterverarbeitungsprozess des allgemein sehr flexiblen Drahtgewebes ausschlaggebend, um eine größtmögliche Filterfläche auf kleinstem Raum zu ermöglichen. In anderen Branchen und eben auch in der Entwicklung des Mikrofilters in der Spülmaschine hat sich das Plissieren – also in Falten legen – des Gewebes bewährt. Aus der Plissierung resultiert eine vergrößerte Filterfläche und somit maximale Effizienz.

In der Wäschereitechnik werden großflächige Siebböden eingesetzt, bei denen feines Siebgewebe durch ein Gitter stabilisiert wird. Für die Herstellung dieses Siebbodens wird das Drahtgewebe z.B. mit dem Siebrahmen oder dem Stützgitter verklebt. Bei Bedarf ist der Kleber lebensmittelkonform per VO (EG) Nr. 1935/2004 und EU Nr. 10/2011, hitze- oder säurebeständig oder für den Einsatz von Ultraschall geeignet.

Bei der Leinwandbindung liegen die Kett- und Schussdrähte abwechselnd über- und untereinander.
Um die Filterfläche auf kleinem Raum zu optimieren, kann das Gewebe in Falten gelegt werden (plissiert).
Gründe für das Kleben eines Siebes sind Abdichtung, Schutz oder Einfassung.

Hoher Abscheidegrad auch bei feinstem Mikroplastik

Der Zusammenhang zwischen Filterfeinheit und Filterergebnis ist unumstritten: Je feiner das Filtergewebe ist, desto mehr Fremdpartikel werden zurückgehalten und desto sauberer ist das Wasser nach der Filtration. Ausschlaggebend für die Wahl der Gewebeart ist die gewünschte Partikelgröße, die das Gewebe maximal passieren darf. Liegt diese im Bereich zwischen 5 µm und 80 µm, hat sich der Einsatz eines Tressengewebes bewährt. Dabei sind die Kett- und Schussdrähte engst möglich aneinandergeschlagen (Nullmasche). Das Gewebe weist statt einer Maschenöffnung einen Porenkanal auf. Die Filterfeinheit wird hier mit der geometrischen Porengröße bemessen.
Gegenüber alternativen Filtermaterialen weist das Tressengewebe neben der hohen Trennschärfe und präzisen Filtercharakteristik folgende Vorteile auf:

Strömungsoptimierte Gewebestruktur
Hohe Durchflussrate
Leichte Reinigung
Geringe Verblockungsneigung
Lange Filterstandzeiten

Darstellung Filtergewebe Mikroplastik — Dreidimensionale schematische Darstellung des Tressengewebes RPD HIFLO-S zur Filtration von Mikroplastik.

Drahtgewebe ist langfristig eine gute Idee

Natürlich möchte jeder Hersteller so günstig wie möglich produzieren, um gegenüber den Wettbewerbern attraktiv zu bleiben – sowohl im B2B-, als auch im B2C-Umfeld. Bei der Herstellung von Spül- und Waschmaschinen für den privaten Gebrauch sind erhöhte Produktionskosten einzelner Komponenten für den Endkunden deutlich spürbar, sodass wirtschaftliche Produktionen oftmals die größte Herausforderung für alle Beteiligten in der Prozesskette darstellen.

Es ist kein Geheimnis, dass Metalldrahtgewebe nicht zu den kostengünstigsten Filtermedien zählt. Dennoch ist es aus wirtschaftlicher Sicht extrem attraktiv – insbesondere in der Wasserfiltration. Eigenschaften wie Stabilität, Robustheit, Durchsatz sowie die exakte Maschengeometrie wurden bereits erwähnt. Der Nachhaltigkeitsgedanke spiegelt sich in der sehr guten Regenerierbarkeit von Metalldrahtgewebe wider – ebenso in der Recyclingfähigkeit dieses Mediums. Darüber hinaus ermöglichen innovative Fertigungsmethoden, das Know-how und die Erfahrung der Drahtgewebe-Experten, einen maximal wirtschaftlichen Produktionsprozess auszurichten. Dieser beginnt bereits in der theoretischen Entwicklungsarbeit. Wurden in der Vergangenheit Lösungen über zeit- und kostenintensive Trial & Error-Verfahren ermittelt, werden heutzutage neue Filtergewebe und deren Durchsatzleistungen anhand zuverlässiger Simulationsprogramme ermittelt, bevor es in die praktische Umsetzung geht. Erste Verarbeitungsschritte direkt am Webstuhl sowie die Einrichtung von Fertigungsinseln für die Vermeidung langer Transportwege zählen ebenso dazu, wie eine bedarfsorientierte Kameraprüfung aller Gewebezuschnitte. Denn auch hier gilt: Zeit ist Geld!

Fazit

Es ist die Vielseitigkeit und Recyclingfähigkeit, die das Filtermedium Drahtgewebe zur idealen Lösung für häusliche und industrielle Wasserfiltration macht. Insbesondere die Vielseitigkeit erfordert einen Überblick über alle Möglichkeiten und Ihre individuellen Anforderungen.

Mit jahrzehntelanger Erfahrung bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Metalldrahtgewebe wissen die Experten von Haver & Boecker, worauf es bei der Fertigung von Komponenten für die Filtration von Mikropartikeln ankommt. Neben höchster Präzision und Sorgfalt prägt vor allem eine außergewöhnliche Innovationsfreude das Handeln in allen Bereichen der Drahtgewebeproduktion.

Zögern Sie also nicht, mit Ihren Projektideen und Herausforderungen auf uns zuzukommen. Lassen Sie uns die Welt ein Stück sauberer machen!

_{Quellen (November 2022):}

_{^[1] vgl. Von Blazekovic, Jessica: “Was ist Plastik“, FAZ, September 2018
^[2] vgl. Welt.de: „Jeder von uns isst eine Kreditkarte pro Woche", Juni 2019
^[3] vgl. Ecologic Institut gemeinnützige GmbH: "Kernbotschaften", BMBF-Forschungsschwerpunkt "Plastik in der Umwelt", Juli 2022, Seite 6
^[4] vgl. Fraunhofer Umsicht: "Daten und Fakten Mikroplastik", Februar 2019
^[5] vgl. ebd.
^[6] vgl. Ecologic Institut gemeinnützige GmbH: "Kernbotschaften", BMBF-Forschungsschwerpunkt "Plastik in der Umwelt", Juli 2022, Seite 8 ff.
^[7] vgl. ebd., Seite 16
^[8] vgl. WellBlue: "Mikroplastik im Trinkwasser", Kreisdiagramm, April 2021
^[9] vgl. Greenpeace: "Mikrofasern aus Kleidungsstücken belasten die Ozeane", Februar 2021
^[10] vgl. Ecologic Institut gemeinnützige GmbH: "Kernbotschaften", BMBF-Forschungsschwerpunkt "Plastik in der Umwelt", Juli 2022, Seite 8
^[11] vgl. ebd., Seite 9
^[12] vgl. MKULNV VRW: "Niederschlagsentwässerung von Verkehrsflächen", o. D., Seite 67}
_{^[13] vgl. Abwasser Analysezentrum: "Abfiltrierbare Stoffe", o. D.}