Die Umweltbelastung mit Arzneimittelrückständen und Antibiotika-resistenten Keimen nimmt gegenwärtig rasant zu und stellt damit ein Risiko für Pflanzen, Tiere und den Mensch dar. Zur effektiven Eliminierung dieser Stoffe werden Hybridverfahren, wie die Kombination von Membranbioreaktoren (MBR) mit Adsorption der Mikroverunreinigungen an Pulver-Aktiv-Kohle-Filtration, als Lösungsansatz diskutiert. Bisherige Verfahren dazu sind nicht ausreichend effizient oder zu kostenintensiv.

Im deutsch-polnischen Projekt HyprSTEP wird deshalb ein neues Hybridverfahren bestehend aus smarten textilen Filtereinheiten und einer maßgeschneiderten MBR-Technologie entwickelt. Dazu werden polymere Membrane und textile Filter mit optimaler Porenstruktur sowie Oberflächeneigenschaften entwickelt und mit Mischungen von Graphen-Partikeln beschichtet. Dadurch sollen die Filtermedien folgende funktionelle Eigenschaften aufweisen:

• biozide Wirkung zur Prävention von Biofouling
• Reduzierung von gefährlichen Keimen im Retentat
• adsorptive Fixierung von Antibiotika an den Graphen-Oberflächen
• Anzeigen des Beladungszustandes des textilen Filters mit Antibiotika durch smarte textile Eigenschaften und damit Auslösung eines automatischen Rückspülprozesses

Anschließend wird unter Einsatz neu entwickelter Materialien ein neuer Hybridprozess zur Abwasserreinigung entwickelt. Hierbei wird der smarte textile Filter zur Vor- oder Nachbehandlung des Abwassers eingesetzt. Das Konzept wird durch Simulation des Klärprozesses im Technikumsmaßstab detailliert charakterisiert. Die Modellabwässer sollen mit dem innovativen Hybridverfahren gereinigt und die Funktionstüchtigkeit des Konzeptes nachgewiesen werden.

Während eines Brandes sind Einsatzkräfte einer Vielzahl giftiger Gase ausgesetzt, darunter polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Diese krebserregenden Stoffe binden sich an Rußpartikel und können somit durch die Schutzkleidung und die Haut ins Blut gelangen.

Ziel des Projektes ist die Verbesserung des Schutzes der Einsatzkräfte vor rußgetragenen PAK. Kernelement sind innovative Vliesstoffe, die mit adsorbierenden Materialien beschichtet werden und somit einen permanenten Rückhalt vor diesen Substanzen ermöglichen. Diese Textilien sollen in Form von schnell und bequem wechselbaren Innenlagen die Schutzkleidung ergänzen. Spezielle Sensoriken im Vliesstoff überwachen die Schutzwirkung des Vliesstoffes und geben durch eine Kommunikationsschnittstelle auch während des Einsatzes die verbleibende Kapazität zur Bindung der Schadstoffe an die Einsatzkraft weiter.

Eine der vordergründigen Maßnahmen der weltweiten SARS Covid-19-Pandemie ist das Tragen von Mund-Nasen-Masken. In verschiedenen Bereichen des Alltagslebens sowie im medizinischen Bereich gilt eine Pflicht zum Tragen zertifizierter, medizinischer Schutzmasken, vorwiegend von FFP2 und FFP3 Masken. Diese sind i.d.R. nur für den einmaligen Gebrauch konzipiert und verursachen große Mengen an textilem Abfall.

Ziel des Projektes ist es, eine neuartige funktionalisierte, leicht desinfizier- bzw. sterilisierbare, bedruckbare Mund-Nasen-Maske mit antibakteriellen bzw. antiviralen Funktionsstrukturen auf der Basis des neuartigen „Solvent-Detergent-Mechanismus“ und einem neuartigen Ein-/Ausatemventil zu entwickeln. Diese soll durch einfache Heißdampfbehandlung bei 120-140°C in kurzer Zeit sterilisiert werden, wobei ihre Filtrationswirkung im Wesentlichen erhalten bleibt.

Neben der Wiederaufbereitung der Maske, sind weitere Schwerpunkte:

• Filtrationseffektivität für die flüssigen Aerosolbestandteile und Feinstpartikel
• hohe Luftdurchlässigkeit (geringer Atemwiderstand bei Einatmen: ∆p< 1,5 mbar, bei Q= 95 L/min und beim Ausatmen ∆p < 1,5 mbar, bei Q= 160 L/min)
• maskeninterne Desinfektion der durch das Vliesstoffmaterial fixierten Flüssigkeitströpfchen und Partikel
• umweltgerechte Entsorgung nach Ablauf der Gebrauchsfrist bevorzugt durch Kompostierung

Ziel des Projektes ist es, sogenannte Connecting Textiles zu entwickeln. Diese sollen eine sichere, robuste und elektromagnetisch umweltverträgliche textilbasierte IoT-Infrastruktur für smarte Tapeten und Textiloberflächen allgemein bilden. Über diese Flächen im Wohnbereich können IoT-Geräte wie z. B. Temperatursensoren kabelbasiert mit Strom versorgt werden. Die Geräte können auch hierüber kommunizieren und ermöglichen durch die flexible Gestaltung eine intuitive und individuelle Konfiguration von Smart Homes. Die Kontaktierung  von IoT-Geräten über die Flächen ist einfach und intuitiv. Die Textilien wiederum ermöglichen einen Anschluss an Standard Smart Home Protokolle. Es können verschiedene haptische Interaktionsmuster wie Berühren, Streichen oder Strecken genutzt werden, um Interaktionen zu konfigurieren und bilden so eine Grundlage für intelligente interaktive Assistenzen.

Im Zusammenarbeit mit dem Frauenhofer (IZM) in Berlin und der ESYS GmbH entwickelt Norafin eine flexible Leiterplatte auf Basis von Silbervlies. Die Leiterplatte ist dünn, leicht und flexibel, sie kann feuerhemmend, wassergeschützt oder auch atmungsaktiv ausgerüstet werden.

Der entscheidende Vorteil gegenüber dünnen Polymerfolien, die aktuell den Markt dominieren ist jedoch, dass die Leitungsbahnen der flexiblen Leiterplatten auf Silbervlies-Basis nicht brechen. Auch der Nachhaltigkeitsaspekt kommt bei diesem Projekt zum Tragen. Die elektrischen Verbindungen werden umweltfreundlich durch Ultraschallschweißen hergestellt, das Silber kann zurückgewonnen werden. Flexible Leiterplatten kommen besonders im Bereich der „smarten Kleidung“ zum Tragen, in welcher starre Leiterplatten oft störend wirken können.
Im Rahmen des Forschungsprojektes ergeben sich weitere Produktentwicklungen. Dazu gehören eine flexible Messeinrichtung für unzugängliche Flüssigkeitsstände, eine „Smarte Matratze“, mit welcher beispielsweise Bewegungen und Lagen von Patienten auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden können sowie die Entwicklung flexibler Heizsysteme auf Vliesbasis.

Gemeinsam mit den Projektpartnern TU Bergakademie Freiberg und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf beschäftigen wir uns mit der Entwicklung eines Vliesstoffes, der die Anbringung von Silizium-Kristallen (anstelle von Kohlepartikeln zur Aufnahme von Li-Ionen als Anode) und die elektrische Leitfähigkeit dieser gewährleistet, um Li-Ionenbatterien mit höherer Speicherkapazität (bspw. im Bereich der Kraftfahrzeuge) bereitstellen zu können.

Unsere Aufgaben im Projekt „SiNergy“ sind:

• geeignete Fasern finden, die, verarbeitet zu einem Vlies, eine genügend große Oberfläche zur Befestigung der Si-Kristalle bieten
• Fasern müssen langzeitbeständig gegenüber den gebräuchlichen Elektrolyten sein und dürfen durch die ständigen Be- und Entladeströme nicht zerstört werden
• Si-Partikel müssen fest an den Fasern verankert werden, sodass sie, trotz permanenter Ausdehnungen und Schrumpfungen, fest haften bleiben
• Fasern müssen elektrisch leitend sein, damit die Elektronen mit hinreichender Geschwindigkeit bewegt werden können

Gemeinsam mit den Partnern DWI, Votech, Hanse Fine Chemicals sowie der Universität Bayreuth arbeiten wir an neuen Filtermedien, welche die Filtration von Nanopartikeln aus Gasen und Flüssigkeiten effektiver und kostengünstiger machen sollen, als es derzeit mit herkömmlichen Filtermedien möglich ist.

Unsere Aufgabe in diesem Projekt ist es, ein vorhandenes Filtervlies durch feinste Fasern nachträglich auszurüsten, indem diese selbstständig nachträglich zwischen den bereits vorhandenen Fasern des Vlieses wachsen und dadurch das Filtervlies entsprechend leistungsfähiger machen. Durch dieses Faserwachstum wird das Porensystem des Basisvlieses stark verkleinert und seine Filtereigenschaften deutlich verbessert.

Dieses Projekt beinhaltet die Entwicklung eines mit verschiedenen Adsorbentien beladenen Vliesstoffes, zur Filtration kritischer Schmutzpartikel aus Prozessgasen. In Form einer modular aufgebauten Filterkartusche soll dieser Vliesstoff eine Vielzahl von Schadstoffen und Partikeln entfernen.

Die Schwerpunkte der Entwicklung liegen für uns in den folgenden Bereichen:

• dreidimensionale, nachhaltige Beladung von Basisvliesstoffen
• Auswahl der zu verwendenden Adsorbentien bzw. –kombinationen und katalytisch wirkenden Aktivpartikeln
• Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für adsorptiv wirkende und katalytisch aktive Vliesstoffe
• Herstellung von Demonstratorstrukturen
• Entwicklung neuer Rezepturen für Basisvliesstoffe

Insbesondere in den Bereichen der Elektromobilität und Automobilindustrie wachsen die Forderungen nach leichteren und nachhaltigeren Strukturen. Die neuartigen Compositestrukturen sollen mittels Spritzguss-, Wickel-, Press-, Laminierverfahren und Pultrusion bei anschließender Verpressung hergestellt werden.

Im Rahmen des Projektes sollen composite-basierte Vliesstoffe charakterisiert und mit den aktuell auf dem Markt verfügbaren Lösungen verglichen werden. Hierzu sollen zum einen hocheffiziente Produktionsverfahren genutzt werden. Zum anderen sollen neue zukunftsorientierte Grundtechnologien im Kleinmaßstab entwickelt und getestet werden, um festzustellen in welche der getesteten Technologien weiter investiert werden kann, um den aktuellen Kunden- und Umweltansprüchen gerecht zu werden.

Seit dem 26.5.2004 dürfen in Deutschland abfließende Regenwasser nicht mehr in den Abwasserkanälen zur Kläranlage geleitet werden. Probleme bei der Trennung des Regenwassers ergeben sich dabei bspw. durch Fahrzeuge, deren Schadstoffe freigesetzt und von der Straße in den Gully gespült werden. Auch Tausalze im Winter stellen die Wissenschaftler vor eine Herausforderung.

Das Norafin Gully-System basiert auf Adsorption und komplexer Bindung von Schadstoffen. Die organischen Schadstoffe werden adsorptiv in Aktivkohle, die metallisch gelösten Schadstoffe mit Hilfe von schwermetallbindenden Fasern gebunden. Leichtmetalle, wie bspw. Natrium werden dabei wenig oder gar nicht gebunden, was die Funktionsfähigkeit des Systems auch in Wintermonaten garantiert.

Die Gully-Reinigungseinheit besteht aus einzelnen Segmenten, die mit Sorptionsmitteln (bspw. Aktivkohle) gefüllt werden. Die Abgrenzung der Segmente bilden Vliese aus schwermetallbindenden Fasern. Partikel als auch gelöste Schadstoffe werden somit erfolgreich aus dem Regenwasser entfernt.
Unser Reinigungs-System erfüllt die Vorgaben des Deutschen Institutes für Bautechnik und ist zu jeder Jahreszeit, bei jeder Wetterlage einsetzbar.