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04.06.2020

Sensorsystem erkennt giftige Gase in der Kunststoffverarbeitung

Gemeinsame Forschung von Universität des Saarlandes und SKZ

Werden Kunststoffe recycelt oder weiterverarbeitet, können gesundheitsschädliche Dämpfe oder Gase entstehen. Bislang wird dies nur stichprobenartig überprüft. Ein neues System soll jetzt permanent im laufenden Betrieb die Luftqualität in der Kunststoffindustrie überwachen und Beschäftigte vor Ort bei bedenklichen Konzentrationen warnen. Der Gassensorexperte Andreas Schütze und sein Team von der Universität des Saarlandes arbeiten hierfür mit dem Zuse-Institut SKZ – Das Kunststoff-Zentrum in Würzburg zusammen.

Professor Andreas Schütze und sein Team sind Spezialisten für neuartige Gassensorsysteme. © Oliver Dietze

Professor Andreas Schütze und sein Team sind Spezialisten für neuartige Gassensorsysteme. © Oliver Dietze

Wird Kunststoff recycelt, kommt einiges zusammen: Was aus gelben Säcken quillt, ist weit weg von sortenrein. Tuben, Flaschen und Behälter enthalten noch Reste etwa von Waschmitteln oder Reinigern, auf den Etiketten sind Kleb- und Farbstoffe. Zwar wird alles vor dem erneuten Schmelzen sortiert und gewaschen, ganz verhindert werden können Rückstände und Verunreinigungen aber nicht. Und dies kann bei hohen Verarbeitungstemperaturen dazu führen, dass Gase entstehen, die für Mensch und Umwelt schädlich sein können. Auch beim Weiterverarbeiten der Kunststoffe kann dies passieren, etwa beim Veredeln durch Zugabe von Stoffen, die den Kunststoff besonders robust, schwer entflammbar, hitze- oder UV-beständig machen sollen.

„Die Emissionen, die beim Recycling oder bei der Wiederverarbeitung von Kunststoffen entstehen, werden heutzutage nicht durchgängig prozessbegleitend überprüft“, erklärt der Messtechniker Professor Andreas Schütze von der Universität des Saarlandes. Im besten Fall finden in regelmäßigen Abständen Referenzmessungen statt. „Diese Stichproben bilden jedoch die starken Schwankungen etwa beim Recycling nicht korrekt ab und können daher die Gefährlichkeit an den Arbeitsplätzen nicht bewerten“, sagt Schütze.

Verfahren für permanente Überwachung der Luftqualität

Jetzt will Schütze gemeinsam mit dem SKZ – Kunststoff-Zentrum ein Sensorverfahren entwickeln, das die Luftqualität während des Verarbeitungsprozesses zuverlässig pausenlos im Auge behält und sofort Alarm schlägt, sobald die dabei ermittelten Werte eine kritische Grenze überschreiten. „Damit wird zum einen der Arbeitsschutz verbessert. Mithilfe eines solchen Sensorsystems und der damit zur Verfügung stehenden kontinuierlichen Messwerte können die Unternehmen zum anderen aber auch ihre Verarbeitungsprozesse so einstellen und fahren, dass Emissionen generell reduziert werden“, erläutert My Sa Marschibois, wissenschaftliche Mitarbeiterin an Schützes Lehrstuhl für Messtechnik.

Sensoren erkennen die Nadel im Heuhaufen

Das Spektrum an Stoffen, die das neue Sensorsystem zuverlässig und in niedrigster Konzentration erkennen muss, ist prinzipiell groß. Es reicht von Benzol über krebserregende Styrole bis hin zu flüchtigen organischen Verbindungen. Schütze und sein Team sind Spezialisten für neuartige Gassensorsysteme. Ihre Forschung auf diesem Gebiet wurde mehrfach ausgezeichnet. Die Verfahren haben sie über Jahre und in verschiedenen Forschungsprojekten immer selektiver weiterentwickelt: Sie erfassen inzwischen alle Arten von Gasen und können die jeweiligen Konzentrationen äußerst genau bestimmen.

Auch kleinste Spuren entgehen ihren hochempfindlichen Messfühlern nicht. „Unsere Systeme sammeln Moleküle und messen anschließend deren Menge. Unter einer Milliarde Luftmolekülen können wir einzelne giftige Moleküle aufspüren. Hierzu entwickeln wir Systeme auf Basis von Halbleitergassensoren und weiteren Sensoren mit Projektpartnern so weiter, dass wir die Nachweisgrenze immer weiter reduzieren können“, erklärt Andreas Schütze. Für ihr neuestes System kombinieren die Messtechnikerinnen und Messtechniker ihre Halbleitergassensoren jetzt mit einer elektrochemischen Zelle und einem Photoionisationsdetektor und führen damit Testmessungen und -auswertungen aus.

Interessierte Firmen, die sich am Projekt beteiligen wollen, können sich an den Lehrstuhl für Messtechnik der Universität des Saarlandes oder an das SKZ - Das Kunststoff-Zentrum wenden.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert diese Forschung im Rahmen des Projektes „KORE“ (kurz für „Entwicklung eines Konzepts zur robusten und kontinuierlichen Emissionsmessung bei Compoundierung und Recycling von Kunststoffen“, Förderkennzeichen 20982 N). Die Förderung erfolgt über die Fördergemeinschaft des Süddeutschen Kunststoff-Zentrums beziehungsweise über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

Weiterführende Information
Unternehmensinformation

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum

Frankfurter Straße 15-17
DE 97082 Würzburg
Tel.: 0931 4104-235
Fax: 0931 4104-707

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