Effizienter trennen und Energie einsparen: Mit alternativen Strömungskonzepten verbessert Münchner Forschungsteam die Crossflow-Filtration

Membrantrennverfahren wie die Crossflow-Filtration sind in vielen Branchen der Lebensmittelindustrie sowie in der Pharmaindustrie essentiell: Zur Klärung von Bier und Saft, zur Trennung von Milchproteinen für die Säuglings- oder Sportlernahrung oder zur Herstellung von Arzneimitteln sowie Produkten für die künstliche Ernährung. Trotz hoher Überströmgeschwindigkeit kommt es im Laufe der Filtration zu einer Deckschichtbildung: An der Membran lagern sich zurückgehaltene Stoffe ab. Dieses Phänomen wird in der Lebensmittelindustrie auch als Fouling bezeichnet. Dadurch sinken der Filtratfluss sowie die Trennleistung, während die Reinigungszyklen steigen. Entsprechende Stillstandzeiten sowie ein erhöhter Einsatz von Energie, Reinigungs- und Betriebsmitteln sind die Folgen, die insbesondere für KMU wirtschaftlich kaum tragbar sind.

Vor diesem Hintergrund sucht ein Forschungsteam an der TU München derzeit nach Lösungen, um Fouling bei der Crossflow-Filtration zu verringern und damit den gesamten Prozess effizienter zu machen. Zwei alternative Ansätze verfolgen die Wissenschaftler dabei: Sie untersuchen, ob durch pulsierende sowie durch alternierende Querströmung der zu filtrierenden Suspension die Deckschichtbildung vermindert werden kann und wie hoch die Effekte der verschiedenen Strömungsmodi sind. Im Rahmen des Projektes der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) konzipiert das Team eine Filtrationsanlage, die in der Lage ist, eine Suspension nicht nur – wie üblich – kontinuierlich entlang einer Membran zu pumpen, sondern die Strömung zu variieren: durch Pulsation sowie durch eine alternierende Strömung mit Strömungsumkehr. Bei den anschließenden Untersuchungen werden verschiedene Prozesseffizienzkennwerte bei der pulsierenden sowie bei der alternierenden Strömung ermittelt. Ziel ist es, die unterschiedlichen, in der Membrantrenntechnik neuen Strömungskonzepte zur Erhöhung der Prozesseffizienz scale-up-fähig zu entwickeln und zu bewerten.

Von diesen neuen Ansätzen in der Crossflow-Filtration profitieren Membranhersteller und Firmen des Anlagenbaus sowie darüber hinaus alle Unternehmen aus der Lebensmittel- und der Pharmaindustrie, die dieses Membrantrennverfahren einsetzen, durch eine höhere Wertschöpfung. Da insbesondere auch die Einsparung von Energie im Fokus steht, kann damit auch ein nennenswerter Beitrag zur Energiewende geleistet werden.


Informationen zum IGF-Projekt AiF 31 EWN "Anreichern und Fraktionieren von Proteinen und Zellsuspensionen mit alternativen Verfahrensweisen in der Crossflow-Filtration" (https://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-31-ewn.projekt)

... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)