Abluftbehandlung in Werften: VOC-Reduktion durch Aktivkohle

Die schön lackierten Boote und Schiffe, die unsere Gewässer befahren, sind oft das Ergebnis komplexer Lackierprozesse. Doch hinter dieser visuellen Pracht verbirgt sich ein ernstes Umweltproblem: die Freisetzung von flüchtigen organischen Verbindungen (kurz: VOCs), die bei der Verwendung lösemittelbasierter Lacke in die Atmosphäre gelangen. Die Donau Carbon bietet Bootsbauern und Werften mit ihren Aktivkohlefiltern eine wirtschaftliche und flexible Lösung, um VOCs effizient aus der Abluft in Lackieranlagen zu eliminieren.
 
 

VOCs in Lösungsmitteln: Vorteile und Risiken

Lösungsmittel machen Farben und Lacke flüssig und gleichmäßig auftragbar, verkürzen die Trocknungszeit und verbessern die Haftung auf der Oberfläche. Darüber hinaus schützen lösemittelbasierte Lacke durch ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Salzwasser effektiv vor Korrosion an Booten und Schiffen.
 
Allerdings enthalten viele Lösungsmittel flüchtige organische Verbindungen (VOCs), die während des Trocknungsprozesses verdampfen und in die Gasphase übertreten. Zu den freigesetzten Luftemissionen zählen VOCs wie Toluol, (Ethyl-)Benzol, Aceton, Butylacetat, Xylol und Butanol. Die Freisetzung dieser Substanzen ist aus mehreren Gründen bedenklich:
 

• Gesundheitsrisiken: VOCs können Atemwegserkrankungen, Reizungen der Augen und Haut sowie langfristige Gesundheitsprobleme verursachen.
• Ökosystemschäden: Sie haben negative Effekte auf Pflanzen und Tiere in Böden und Gewässern, indem sie deren Nahrungsaufnahme und Wachstum beeinträchtigen.
• Persistenz: Einige VOCs reichern sich in Böden, in Wasser sowie in Organismen an und können langfristige Auswirkungen haben.
• Luftverschmutzung: Außerdem tragen viele VOCs zur Bildung von Feinstaub und bodennahem Ozon bei, wodurch die Luftqualität weiter beeinträchtigt wird.

 
Aufgrund dieser Risiken unterliegen VOCs strengen Regulierungen. Je nach Art und Größe der Lackieranlage gelten unterschiedliche Grenzwerte. Für die meisten Anlagen liegt der zulässige Grenzwert bei 50 mgC/m³, wobei sich dieser Wert auf den Gesamtanteil an Kohlenstoff (C) in den freigesetzten VOCs bezieht.


Abbildung 1: Bei der Verwendung lösemittelbasierter Lacke entstehen VOC-Emissionen, die bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten dürfen. 

 

Konventionelle Methoden zur VOC-Reduzierung

Um die Freisetzung von VOCs in die Atmosphäre zu minimieren, kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Viele Werften und Bootsbauer setzen traditionell auf thermische und katalytische Nachverbrennungsanlagen, die sich jedoch als kostspielig und ressourcenintensiv erweisen.

• Bei der thermischen Nachverbrennung (TNV) werden VOC-haltige Abgase auf 700–1.100 °C erhitzt, um die Verbindungen in CO₂ und Wasser umzuwandeln.
• Die katalytische Nachverbrennung (KNV) oxidiert VOCs mithilfe eines Katalysators bei niedrigeren Temperaturen (200–400 °C) und spart dadurch Energie.

 
Beide Verfahren bieten eine hohe Effizienz bei der VOC-Beseitigung und ermöglichen in vielen Fällen eine Wärmerückgewinnung.

 

Nachteile dieser Methode sind:

• Hohe Investitions- und Betriebskosten: Nachverbrennungsanlagen sind teuer in der Anschaffung und im Betrieb.
• Energieintensiv: Die Verbrennung erfordert hohe Temperaturen und damit höhere Energiekosten.

Nachverbrennungsanlagen sind zwar effektiv, aber nicht immer die wirtschaftlichste Lösung. In den letzten Jahren hat sich daher ein zunehmendes Interesse an Alternativen entwickelt. Eine kostensparende und flexible Option zur Nachverbrennung ist der Einsatz von Aktivkohlefiltern.

 

Die vielseitige Lösung: Aktivkohle zur VOC-Entfernung

Aktivkohle besitzt eine hochporöse Struktur, wodurch sie in der Lage ist, auch große Volumenströme und hohe Konzentrationen von flüchtigen organischen Verbindungen effizient zu binden. Die VOC-Partikel lagern sich an der weitläufigen inneren Oberfläche an und werden wirkungsvoll aus dem Abluftstrom herausgefiltert.

 

Vorteile gegenüber Nachverbrennungsanlagen

• Geringerer Energieverbrauch: Im Gegensatz zu thermischen oder katalytischen Nachverbrennungsanlagen benötigen Aktivkohle-Adsorber keine hohen Temperaturen, um VOCs zu entfernen. Das macht sie energieeffizienter und kostengünstiger im Betrieb.
• Einfache Installation und Handhabung: Aktivkohle-Adsorber sind kompakte und einfache Systeme, die sich leicht in bestehende Lackierkabinen und Werften integrieren lassen, ohne aufwendige bauliche Maßnahmen.
• Kein CO₂-Ausstoß: Anders als bei Nachverbrennungsanlagen entstehen bei der Adsorption mit Aktivkohle keine direkten Emissionen wie CO₂, da keine Verbrennung stattfindet.

 

Mögliche Einsatzbereiche in Werften und beim Bootsbau

Aktivkohlefilter lassen sich flexibel an verschiedene Betriebsbedingungen und -größen anpassen und eignen sich daher für wechselnde Betriebszustände, Notfälle oder Spitzenauslastungen. Im Folgenden werden drei Anwendungsbeispiele aufgezeigt, bei denen Aktivkohle im Vergleich zu Nachverbrennungsanlagen deutliche Vorteile in der Abluftbehandlung bietet:
 

1. Diskontinuierliche Lackierprozesse:
   Aktivkohle-Adsorber sind ideal für kleinere oder unregelmäßige Lackierarbeiten geeignet, bei denen der Ausstoß von VOCs nicht durchgehend hoch ist. Eine Nachverbrennungsanlage wäre in solchen Fällen oft überdimensioniert und unwirtschaftlich, da sie auch bei niedrigen oder kaum vorhandenen VOC-Konzentrationen Verbrennungsenergie benötigt.
2. Große Abluftströme mit niedrigen VOC-Konzentrationen:
   Beim Lackieren von großen Oberflächen, wie z. B. bei Schiffen und Booten, entstehen häufig große Mengen Abluft, jedoch mit vergleichsweise geringen VOC-Konzentrationen. Aktivkohlefilter können diese geringen Konzentrationen effizient adsorbieren – ohne den hohen Energieaufwand, der bei der Nachverbrennung erforderlich wäre.
3. Temporäre und mobile VOC-Abscheidung:
   Aktivkohlefilter bieten eine flexible Lösung, um temporäre Kapazitätsengpässe zu überbrücken oder kurzfristige Anforderungen zu erfüllen, beispielsweise als schnelle Backup-Lösung bei Ausfall und Wartung von Nachverbrennungsanlagen, oder als Zwischenlösung während der Modernisierung veralteter VOC-Reduktionssysteme.

 
Die angeführten Szenarien zeigen, dass Aktivkohlefilter vor allem bei schwankenden oder geringen VOC-Belastungen eine leistungsfähige und kostengünstige Alternative zu Nachverbrennungsanlagen sind.


Abbildung 2: Aktivkohlefilter sind eine bewährte Alternative für diskontinuierliche Lackierarbeiten und kleinere Anlagen wie Lackierkabinen.

 

Effiziente VOC-Reduzierung mit SMARTSORB^® Adsorbern

Die SMARTSORB® Adsorber der Donau Carbon sind eine einfache, wartungsarme Lösung zur Abluftbehandlung und VOC-Reduzierung. Die Technologie ermöglicht Unternehmen die Grenzwerte einzuhalten und gleichzeitig ihre Investitions-, Personal- und Betriebskosten zu senken.

 

Verfügbarkeiten und Services

Die mobilen SMARTSORB® Adsorber sind transportable Wechselfilter, die auch gemietet werden können und kurzfristig lieferbar sind. Durch den geringen Kapitalaufwand sind sie wirtschaftlich und flexibel: Bei abnehmenden Volumenströmen kann der Filter einfach entfernt werden. Steigt der Bedarf, kann er durch ein größeres Modell ersetzt oder durch zusätzliche Einheiten, entweder in Reihe oder parallel, erweitert werden.
Auch das Handling vor Ort stellt für den Kunden keinen Aufwand dar: Die Donau Carbon übernimmt den vollständigen Filterservice, einschließlich Anlieferung, Austausch und fachgerechter Entsorgung der verbrauchten Aktivkohle.

Neben den mobilen Lösungen bietet die Donau Carbon auch stationäre Systeme mit passendem Wechsel-Equipment, sowie individuelle Lösungen, einschließlich technischer Beratung, Umbau, Optimierung und Instandhaltung.

 

SMARTSORB^® Adsorber in der Werft- und Bootsbauindustrie

Für den Einsatz in Werften und im Bootsbau sind Adsorber in unterschiedlichen Größen erhältlich, wie beispielsweise:

• SMARTSORB® GT10: Ideal für kleinere Lackierkabinen; reinigt Abluftströme von bis zu 1.000 m³/h.
• SMARTSORB® AT140: Für größere Anwendungen im Werftbereich; filtert Volumenströme von bis zu 20.000 m³/h dank optimierter Luftstromführung.

Abbildung 3: Mobile Smartsorb-Adsorber zur VOC-Entfernung aus Abluftströmen. © Donau Carbon

 

Aktivkohlesorten zur VOC-Entfernung

In der Abluftreinigung von Lackierereien werden geformte (Extrudate) oder grobkörnige, gebrochene Aktivkohlen (Granulat) aus den Produktfamilien Alcarbon, Desorex und Supersorbon eingesetzt. Sie sind auf die verschiedenen Filtersysteme abgestimmt und sorgen für hohe Beladungswerte.

Um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu erreichen, werden vorwiegend zylindrisch geformte 4-mm-Aktivkohlen verwendet. Je nach Art des abzuscheidenden Lösemittels bieten Aktivkohlesorten auf unterschiedlicher Rohstoffbasis bzw. mit geringem Ascheanteil (Kokoskohle) Vorteile.

Besonders geeignet für die VOC-Abscheidung sind die Sorten Alcarbon UC50 4x8,  Desorex K47 und K43 sowie Supersorbon K40 und K42. Letztere verfügen nicht nur über eine extrem lange Lebensdauer, sondern sind auch äußerst effektiv in der Rückgewinnung von Lösemitteln.

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Abbildung 4: Aktivkohle für die VOC-Abscheidung. © Donau Carbon

 

Leistungsstarke Lösemittelrückgewinnung mit SUPERSORBON^®

Der hohe Lösemittelgehalt in den Abluftströmen von Lackierereien ist sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus umwelttechnischer Sicht unbefriedigend. Eine Lösung für dieses Problem bietet das von Donau Carbon entwickelte SUPERSORBON®-Verfahren. Die Methode basiert auf der Adsorption der Lösemittel an Aktivkohle, die anschließend durch überhitzten Dampf oder Regeneration mit heißem Inertgas desorbiert wird. Nach Aufbereitung des Kondensats steht das eingesetzte Lösemittel wieder zur Verfügung.

Für die Lösemittelrückgewinnung werden spezielle Supersorbon Aktivkohlen mit ausgeglichener Porenstruktur in Festbettadsorbern eingesetzt, um sowohl eine effektive Adsorption als auch Desorption zu gewährleisten:

• Adsorption: Das Lösemittel wird in den Mikroporen der Aktivkohle festgehalten, wodurch die Grenzwerte eingehalten werden können.
• Desorption: Gleichzeitig sorgen die Zugangsporen im Meso- und Makroporenbereich für die Desorbierbarkeit des Lösemittels.

Nachfolgende Adsorptionsisothermen von Supersorbon K40 und Supersorbon K42 geben Einblick in die Leistungsfähigkeit dieser hochwertigen Aktivkohle bei der Adsorption von Toluol (C₇H₈).

Toluol gehört zur Gruppe der VOCs und ersetzt oft das giftigere Benzol als Lösungsmittel in Farben, Lacken und Klebstoffen. Toluol besitzt eine geringere Toxizität als Benzol, ist aber dennoch gesundheitsschädlich.
Die Adsorptionsisothermen von Toluol zeigen den Verlauf der Gleichgewichtsbeladung in Abhängigkeit von der Konzentration bei Raumtemperatur.

 

1. Loading (%):

Definition: Die Gleichgewichtsbeladung beschreibt die Menge an Toluol, die bei einer bestimmten Konzentration von der Aktivkohle adsorbiert werden kann, ausgedrückt als Prozentsatz des Gesamtgewichts der Aktivkohle. Oberhalb dieses Prozentsatzes erfolgt keine weitere Adsorption, da sich die Aufnahme (Adsorption) und Abgabe (Desorption) im Gleichgewicht befinden.

Beispiel: Bei einer Gleichgewichtsbeladung von 15 % nimmt die Aktivkohle Toluol bis zu 15 % ihres Gewichts auf, bevor ein Gleichgewicht zwischen Adsorption und Desorption erreicht ist.

 

2. Concentration (g/m³):

Definition: Die Konzentration gibt die Menge an Toluol in einem bestimmten Volumen Luft an, gemessen in Gramm pro Kubikmeter (g/m³).

Beispiel: Eine Toluol-Konzentration von 10 g/m³ bedeutet, dass in jedem Kubikmeter Luft 10 Gramm Toluol enthalten sind.

 

Fazit: Wirtschaftliche Abluftbehandlung mit Aktivkohle

Die Lackierung von Booten und Schiffen führt oft zur Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs), die gesundheitliche und ökologische Risiken mit sich bringen. Herkömmliche Verfahren zur Reduzierung von VOCs, wie die thermische Nachverbrennung, sind teuer und energieintensiv. Im Gegensatz dazu bieten die SMARTSORB® Adsorber der Donau Carbon eine kosteneffiziente und flexible Lösung mit niedrigem Energieverbrauch, einfacher Integration in bestehende Systeme und wartungsarmen Betrieb. Zudem ermöglichen sie die Rückgewinnung von Lösemitteln.

Haben Sie Fragen oder benötigen Sie eine individuelle Beratung? Unser erfahrenes Team unterstützt Sie bei der Optimierung Ihrer Abluftbehandlung. Egal, welche behördlichen Vorgaben Sie einhalten müssen – wir finden die passende Lösung für Sie.

Kontaktieren Sie uns gerne unter www.donau-carbon.com.