Lösemittel aus der Abluft effizient entfernen
Foto: Airbus
Wer Metallteile lackiert oder Plakate druckt, setzt Lösemittel frei. Es sind flüchtige organische Substanzen wie Butylacetat, Ethylacetat, Toluol und Xylol, die man als VOC (volatile organic compounds) bezeichnet. Für VOC-Emissionen aus Spritzkabinen und Druckereien gelten Grenzwerte (s. Kasten). Doch die Abluft erreicht hier oft deutlich höhere Werte. Die aus Spritzkabinen von Autoherstellern enthält oft bis zu 400 mg organischen Kohlenstoff/m³, die großer Druckereien sogar mehrere g/m³.
Grenzwerte für flüchtige organische Verbindungen (VOC)
2001 wurde in der Lösemittelverordnung die Obergrenze für den VOC-Gehalt in der Abluft gesenkt. In Lackierbetrieben und Druckereien wird der Wert als Summenparameter „Konzentration an organischem Gesamt-Kohlenstoff“ beschrieben und zum Beispiel mit einem Flammenionisationsdetektor ermittelt.
Fürs Beschichten von Metall- und Kunststoffoberflächen gelten zwei Werte:
Die Abluft darf bis 20 mg organischen Kohlenstoff enthalten, wenn thermisch oder regenerativ nachverbrannt wird.
Bis zu 50 mg organischen Kohlenstoffs sind erlaubt, wird die Abluft absorptiv oder adsorptiv gereinigt bzw. katalytisch nachbehandelt.
Unternehmen, die sperrige Flugzeug- oder Schiffsteile lackieren, müssen diese Werte nicht einhalten, wohl aber einen VOC-Reduzierungsplan erstellen oder die Emissionen nach dem Stand der Technik mindern.
Um das Gesetz dennoch einzuhalten, behandeln Betriebe die Abluft oft in Nachverbrennungsanlagen. „Das ist teuer, da es sich meist um große Volumenströme handelt“, betont Karl Dammeyer.
Der Geschäftsführer des Harzer Ingenieurbüros Clausthaler Verfahrens- und Energietechnik GmbH (Cvet), das energieeffiziente Konzepte für die Abluftreinigung entwirft, nennt ein Beispiel: Enthalten die 100 000 m³ Abluft, die bei modernen Spritzkabinen stündlich anfallen können, 200 mg VOC/m³, entstünden bei einer Nachverbrennung schnell Kosten von mehr als 1,5 Mio. €/Jahr, bei einer regenerativen Nachverbrennung über mehr als 200 000 €.
Um diese Ausgaben zu senken, reichern Unternehmen die Lösemittel an. Große Abluftvolumen mit wenig VOC werden in kleine mit mehr VOC überführt. Stand der Technik ist das Adsorptionsrad. „Der Lösemittelgehalt der angereicherten Abluft wird dabei um bis das 20-fache erhöht“, sagt Dammeyer. Der Kohlenstoffgehalt kann so von 200 mg auf 4 g/m³ erhöht werden. Damit sinken auch die Kosten bei Nachverbrennung.
Das Adsorptionsrad enthält Aktivkohle oder Aluminiumsilikate, an die die VOC-Moleküle binden. Die Abluft strömt durch zwei Drittel des Rad. Das letzte Drittel durchläuft auf 200 °C vorgewärmte Luft. Dabei lösen sich die VOC, die Adsorber werden regeneriert.
Mittlerweile aber hat sich ein Verfahren der AWS Group AG aus Heilbronn etabliert, mit dem sich der Kohlenstoffgehalt in der Abluft um den Faktor 100 anreichern lässt. „Wir nutzen eine andere Chemie“, erklärt Matthias Pfutterer, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Die Abluft wird über eng mit Schläuchen bepackte Filtermodule geleitet. Durch die Schläuche fließen langkettige Polyglykolmoleküle.
Die VOC dringen durch Poren ein und werden vom Polyglykol aufgenommen. Ein Teil des zähflüssigen Reinigungsmittels wird bis 130 °C erwärmt. Dabei trennen sich die VOC-Moleküle und werden aus der Reinigungslösung ausgeblasen.
„Unternehmen können unsere Technik sehr flexibel einsetzen“, erklärt Verfahrensingenieur Pfutterer. Im Gegensatz zum Adsorptionsrad können das Reinigen der Abluft und das Freisetzen der Lösemittelmoleküle an unterschiedlichen Orten stattfinden. Und die Abluft mehrerer Anlagen lässt sich zentral regenerieren.
Mit der Technik reinigt Porsche bereits die Abluft von Spritzkabinen in Zuffenhausen und in Leipzig. BMW verwendet sie in Landshut. Pfutterer ergänzt: „Wir können VOC auch beim Lackieren großer sperriger Teile recht kostengünstig auffangen.“ Solche Teile werden per Hand etwa im Flugzeug- oder Schiffsbau lackiert.
Für diese Arbeiten brauchen Flugzeughersteller und Werften einen VOC-Reduzierungsplan. Oder sie müssen den Stand der Technik einhalten. Airbus etwa entschied sich für Letzteres. „Wir setzen vor allem Lacke mit geringen VOC-Gehalten ein und nutzen emissionsarme elektrostatische Lackierverfahren“, erklärt Volker Hase, Leiter des Arbeits- und Umweltschutzes bei Airbus. Die Abluft wird zwar gereinigt, nicht aber von VOC. Airbus hat dennoch zugesagt, die Emissionen je Produktionsrate auf Basis der Werte von 2006 bis zum Jahr 2020 um die Hälfte zu senken. Bis 2013 wurden bereits etwa 60 % dieses Ziels erreicht. Pfutterer hofft Flugzeug- und Schiffsbauer davon überzeugen zu können, dass die AWS-Technik auch beim händischen Lackieren sinnvoll ist. Airbus prüft nun, ob man die AWS-Technologie auch für die VOC-Reinigung nutzen kann.
Die AWS-Technik führe zudem in die Kreislaufwirtschaft, ergänzt Dammeyer: „Die Rückgewinnung von Lösemitteln wird an Bedeutung gewinnen.“ Das betreffe weniger Autohersteller, bei denen die Abluft oft mehrere Lösemittel enthält. Doch für Druckereien, die nur ein Lösemittel wie Ethylacetat einsetzen, könne sich das lohnen.
Ein Beispiel: Bei einer mittelgroßen Druckerei fallen stündlich 60 000 m³ Abluft an. In dieser Zeit verbraucht sie 250 kg Lösemittel, die 1,30 €/kg kosten. „Durch die AWS-Technik können etwa 230 kg Lösemittel zurückgewonnen werden“, meint Pfutterer. Wird dieses Lösemittel erneut eingesetzt, würde sich die Ausgabe für eine AWS-Anlage in spätestens vier Jahren amortisieren.
