Innoviative Schlüsseltechnologien

So verhalten sich synthetische Nanopartikel bei der Abfallverbrennung

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In Abbildung 4 ist die Niederdruckimpaktor Messung an Messstelle 3 während der Cerdioxid-Dosierung von 20 l/h Suspension dargestellt. Aus der ELPI+ Messung geht eine Flugstaubkonzentration von 380 mg/mN³ hervor. Die schraffierten Balken zeigen das Ergebnis der Cer-Analyse der einzelnen Impaktorstufen, die in Summe bei 90 μg Cer/mN³ liegt. Der Modalwert der Cer-Massenverteilung liegt bei 3 μm und der Vergleich der Messungen aus Gasfeuerung und Staubfeuerung zeigt die Verschiebung der Cer-Verteilung in Richtung des Modalwertes des Flugstaubs.

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Diese Verschiebung zeigt, dass die eindosierten Ceroxid-Nanopartikel, die bei geringen Flugstaubkonzentrationen bei 0,3 µm lagen, mit dem Flugstaub koagulieren und nun im Größenbereich von 3 µm zu finden sind. Die Koagulation ist eine Funktion der Partikelanzahl und stark von den Partikelgrößen abhängig, d.h. die Koagulation läuft umso schneller ab, je höher die Anzahlkonzentration ist. Die Koagulation zwischen unterschiedlich großen Partikel läuft grundsätzlich schneller ab als zwischen gleich großen Partikeln.

Verwendung von Ceroxid als Tracer ist sinnvoll

Betrachtet man beispielsweise ein 0,01 μm großes Partikel, das mit einem 1 μm Partikel koaguliert, so läuft dies 500-mal schneller ab als die Koagulation zweier 1 μm großen Partikeln und 180-mal schneller als die Koagulation zwischen zwei 0,01 μm großen Partikeln. Dabei nimmt die Masse des 1 μm Partikels durch die Koagulation nur um 0,1 % zu [2].

Zusammenfassend können aus den Ergebnissen an der Pilotanlage folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:

  • Die Verwendung von Ceroxid als Tracer ist ein geeignetes Verfahren, um das Verhalten von Nanopartikeln im Abgas zu untersuchen.
  • Ein Vergleich zwischen der Messstelle hinter Kessel und am Kamin zeigt eine Abscheidung des Cers in der Abgasreinigung von mindestens 99,9 Prozent.
  • Der Vergleich der Cer-Verteilung bei Gasfeuerung und Kohlestaubfeuerung zeigt eine Verschiebung der Verteilung von 0,3 μm hin zu 3 μm. Während der Gasfeuerung ist die Flugstaubkonzentration gering, sodass die eindosierten Ceroxid-Partikel kaum mit dem Flugstaub koagulieren. Im Gegensatz dazu koagulieren die eindosierten Ceroxid-Partikel mit dem Flugstaub aus der Kohlefeuerung.

Ziel der Untersuchungen war die Beantwortung der Frage, was mit synthetischen Nanopartikeln passiert, die während der thermischen Entsorgung von Nanomaterialien aus ihrer Matrix in das Abgas übergehen. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass diese Partikel mit der Flugasche koagulieren und nicht mehr als Nanopartikel vorliegen, da die Cer-Verteilung an der Messstelle hinter Kessel einen Modalwert von 3 μm aufweist.

  • [1] BMBF (Hg.): nano.DE-Report 2013. Status quo der Nanotechnologie in Deutschland. 2013
  • [2] Hinds, W. C.: Aerosol technology. Properties, behavior, and measurement of airborne particles. 2nd ed. New York: Wiley. 1999
  • [3] Struwe, J.; Schindler, E.: Bedeutung von Nanomaterialien beim Recycling von Abfällen. Arbeitspapier 270. With assistance of Oliver Pfirrmann, Elias Kost. Edited by Hans-Böckler-Stiftung. 2012
  • [4] Umweltbundesamt: Aufkommen, Beseitigung und Verwertung von Abfällen 2010.

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke elektronikpraxis.

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