Radiowellen-Technologieplattform für Umwelt- und Energietechnik
In vielen umwelttechnischen Bereichen stellt die Erwärmung von Materialien einen grundlegenden Verfahrensschritt dar. Ob für die Reinigung von mit Schadstoffen belasteter Abluft, die Trocknung und Dekontamination von Mauerwerk oder die durch Temperaturerhöhung im Boden unterstützte Bodensanierung, überall wird zur effizienten Betriebsweise eine gezielte, direkte und bei Bedarf schnelle Erwärmung benötigt. Die thermische Nutzung von Radiofrequenz-Energie, die gemeinhin auch als Radiowellen(RW)-Erwärmung bezeichnet wird, bietet dafür durch ihre besondere für elektrisch nicht leitende Materialien eine einzigartige Möglichkeit.
Neben der Option, die direkte Erwärmung mit hohen Aufheizraten in einem Temperaturbereich von -20°C bis 400°C (bei Bedarf auch darüber hinaus) einzusetzen, ist die von der Wärmeleitfähigkeit unabhängige homogene Erwärmung auch großer Volumina bis zu einigen Kubikmetern der größte Vorteil der RW-Erwärmung. Zudem werden weder Heizflächen noch Heizgase benötigt, was eine Flexibilisierung der gesamten Verfahrenstechnik bedeutet. Eine unikale und in einigen Bereichen sehr interessante Möglichkeit besteht auch in der selektiven Erwärmung einzelner Komponenten in einem System mit unterschiedlichen Materialien. Eine derartige Differenzierung der Aufheizraten ist für konventionelle, auf Wärmeleitung beruhende Verfahren nicht möglich.
Mit der Erfahrung von über 15 Jahren nutzt das Department Technische Umweltchemie die RW-Technologie (speziell bei der Frequenz von 13,56 MHz) als Werkzeug, um neue technologische Konzepte und Verfahren in verschiedenen Bereichen der Umwelttechnik zu entwickeln. Ausgehend von bislang offenen Problemstellungen werden die speziell zugeschnittenen Lösungskonzepte von der Idee sowie ersten Experimenten im Labormaßstab bis hin zum Technikumsmaßstab weiterentwickelt und schließlich zusammen mit Firmen im Pilot- und Demonstrationsmaßstab in die Praxis überführt.
Ursprünglich ausgehend von der thermisch unterstützten in-situ-Bodensanierung, die inzwischen kommerziell von Firmen angewendet wird, werden in der Arbeitsgruppe mittlerweile folgende Anwendungsfelder bearbeitet:
- Thermisch unterstützte physikalisch-chemische Sanierungsverfahren
- Thermisch unterstützter mikrobieller Schadstoffabbau
- Erwärmung von Adsorbenzien und Katalysatoren
- Adsorptiv-katalytische Abluftreinigung
- Trocknung und Dekontamination von Mauerwerk sowie chemikalienfreier Holzschutz
- Aufbereitung von Biogas zum Erreichen der Einspeisekriterien in das deutsche Erdgasnetz
- Elektrodenlose Wasserelektrolyse im Radiowellenplasma
Wirkungsweise der dielektrischen Erwärmung
Bei der Radiowellenerwärmung handelt es sich um eine direkte Erwärmungsmethode, d.h. Energie wird direkt im Material in Wärme umgewandelt.
Ursache dafür ist das Bestreben der im Material enthaltenen Ladungsträger einem äußeren elektrischen Feld zu folgen. Wird ein solches Feld an ein elektrisch nicht leitendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum, angelegt, so orientieren sie sich gemäß des angelegten Feldes, was als Polarisation bezeichnet wird. Beim Anlegen eines oszillierenden äußeren Feldes orientieren sich die Ladungsträger dementsprechend immer wieder neu.
Bei niedrigen Frequenzen ist diese Umorientierung nahezu verlustfrei möglich. Mit zunehmender Frequenz können sie aber aufgrund ihrer Trägheit sowie der Behinderung durch das sie umgebende Material dem äußeren Feld nicht mehr ungehindert folgen. Durch diese Behinderung, die auch als innere Reibung aufgefasst werden kann, wird Energie an das Material übertragen, was sich dadurch direkt erwärmt.