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School of Engineering

Keramikfilter gegen Coronaviren

Das Institute of Materials and Process Engineering (IMPE) und das Institute of Computational Physics (ICP) entwickeln gemeinsam keramische Filter für Masken, Luftreiniger und Klimaanlagen

In einem intern von der School of Engineering geförderten Projekt untersucht ein interdisziplinäres Team vom IMPE Institute of Materials and Process Engineering und ICP Institute of Computational Physics die Vorteile von massgeschneiderten Keramikfiltern für die Aerosolfiltration und Virenbeseitigung. Keramische Filter haben gegenüber den Standardfiltern, welche aus Polymerfaservliesen hergestellt werden, einige signifikante Vorteile. Die Mikrostruktur und Geometrie der Porenkanäle der Keramik lässt sich über einen weiten Bereich nach Wunsch einstellen. Keramik lässt sich problemlos durch einfaches Erhitzen sterilisieren und macht dadurch Mehrfachgebrauch und interne Regeneration eines Filters möglich. Keramik ist quasi künstliches Gestein und damit völlig unkritisch bezüglich einer Umweltbelastung und Recycling, während der massive Gebrauch und unkontrollierte Abfall polymerer Mikrovliesfasern eine neue signifikante Quelle von Mikroplastik darstellt.

Das ZHAW Team um Dirk Penner (IMPE, Labor für Keramische Materialien) und Lorenz Holzer (ICP, Microstructure Analysis and Property Prediction Group) nutzt bei der Entwicklung modernste Modellierungswerkzeuge, um anhand der im Labor erzeugten porösen Keramiken virtuelle Modelle zu erzeugen und an diesen Druckverlust, Permeabilität und Filtrationsleistungen der Materialien zu untersuchen. Die Ergebnisse können dann mit realen Messungen an einzelnen Keramikmustern abgeglichen werden. Ist das Modell einmal validiert, lassen sich am Computer an hunderten von künstlich erzeugten Strukturen Gesetzmässigkeiten ableiten, welche wiederum den Keramikforschern als Designgrundlage für Ihre Entwicklung dienen. Dies reduziert die Anzahl der nötigen Laborversuche um optimierte Filtermaterialien zu entwickeln, welche bereits als gesetzte Rahmenbedingungen die Normanforderungen an die Filtermaterialien berücksichtigen.

In naher Zukunft sollen einerseits neue hocheffiziente Keramikfilter zum Einsatz in Gesichtsmasken präsentiert werden und andererseits für technische Anwendungen selbstregenerierende Filter durch Implementierung einer Heizschicht innerhalb des keramischen Filters als Demonstratoren hergestellt und erprobt werden. Weitere Funktionalisierungen wie beispielsweise die Impregnierung mit mikrobiell aktiven Beschichtungen sind ebenfalls denkbar. Das Team ist offen für Zusammenarbeiten mit akademischen und industriellen Forschungspartnern, um in kurzer Zeit neue und innovative Produkte an den Markt zu bringen.