Bessere Luft in Hongkong
Abluftfilter beseitigt feinste Staubpartikel in 3,7 km langem Straßentunnel. Investitionsaufwand beträgt weniger als 1 % der Baukosten
Die FILTRONtec GmbH wurde mit der Installation einer Filteranlage beauftragt. Das zweistufige System aus drei nacheinander platzierten Komponenten reinigt die gesamte Abluft von Schadstoffen und Feinstaub.
Abhilfe gegen das hohe Verkehrsaufkommen und die verstopften Straßen soll in Hongkong der neue Umgehungstunnel Central-Wan Chai Bypass schaffen, der mit einer Gesamtlänge von 3,7 km zu den größten Unterführungen der Stadt zählt.
Der Partikelfilter wird regelmäßig vollautomatisch gereinigt: Spezielle Düsen sprühen Wasser auf die Kollektorplatten des Partikelfilters, sodass sich die daran haftenden Partikel lösen und am Boden sammeln. Über eine Pumpe werden die Ablagerungen in einen Behälter im anliegenden Technikraum befördert und vom Wasser getrennt.
Im Wesentlichen handelt es sich bei dem Partikelfilter um einen zweistufigen Elektrofilter mit negativer Gleichspannung. Dieser entzieht der Luft Staubpartikel, die beispielsweise durch Reifenabrieb entstanden sind.
Das für die Reinigung benötigte Wasser wird in speziellen Tanks gelagert und über Rohre und Sprühdüsen auf die Kollektoren verteilt. Nach dem Waschvorgang wird es aufbereitet und erneut verwendet.
Im Gasfilter werden der feinstaubbefreiten Luft zusätzlich die gasförmigen Schadstoffe entzogen.
Durch Adsorption und katalytische Umwandlung erfolgt die Abscheidung von Stickstoffdioxid, Ozon, Benzol und unverbrauchten Kohlenwasserstoffen an die im Filter enthaltene Aktivkohle.
Die Feinstaubbelastung ist in aller Munde und wird gerade im Hinblick auf das hohe Verkehrsaufkommen in Städten viel diskutiert. Hongkong hat sich für den 3,7 km langen Tunnel Central-Wan Chai Bypass für eine technische Lösung entschieden, die nicht nur für frische Luft im Tunnel sorgt, sondern die Abluft auch von Schadstoffen befreit – mehr als 90 % der feinen Partikel werden entfernt.
Hongkongs Einwohnerzahl wächst jährlich um eine fünfstellige Zahl und dementsprechend steigt auch das Verkehrs- und Stauaufkommen im eng besiedelten Stadtgebiet – in der Folge leidet die Metropole unter enorm hohen Abgaswerten und Feinstaubbelastung. Abhilfe soll der neue Umgehungstunnel Central-Wan Chai Bypass schaffen, der mit einer Gesamtstrecke von 3,7 km zu den längsten Unterführungen der Stadt zählt. Um den Tunnel nicht nur mit Frischluft zu versorgen, sondern gleichzeitig die anfallende Abluft zu reinigen, wurde eine spezielle Filteranlage installiert. Das zweistufige System transportiert die gesamte Abluft – 5,4 Mio. m³/h – nicht einfach nur an die Oberfläche wie ein Kamin, sondern reinigt sie gleichzeitig von Schadstoffen. So werden etwa 80 % der Stickstoffdioxide und 90 % des Feinstaubs beseitigt.
Mit der Planung und Umsetzung wurde die deutsche FILTRONtec GmbH beauftragt, die bereits in anderen Metropolen wie Madrid oder Sydney große Tunnel mit ähnlichen Filteranlagen ausgestattet hat. „Was das Projekt in Hongkong besonders macht, ist die sehr große Abluftmenge, die dort täglich anfällt“, erklärt Dr. Deux. „Die installierten Filter sind darauf ausgelegt, 5,4 Mio m³/h aufzubereiten. Damit gehören sie aktuell zu den größten dieser Art weltweit.“
Hohe Abscheiderate, verbesserte Abluftqualität
An drei verschiedenen Punkten im Bau sind insgesamt acht Partikel- und acht Gasfilter integriert, die jeweils nacheinander geschaltet sind. Dem Luftstrom im Tunnel folgend besteht jedes Modul aus drei Komponenten: dem Vor-, dem Elektro- und dem Gasfilter. Der Vorfilter in Form eines Drahtgitters schützt hierbei in einem ersten Schritt die nachfolgenden Anlagenteile vor größeren Gegenständen wie beispielsweise Plastiktüten oder Papierfetzen, die im Elektrofilter Kurzschlüsse verursachen könnten. Anschließend gelangt die Luft in den Partikelfilter. „Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um einen zweistufigen Elektrofilter mit negativer Gleichspannung“, erläutert Dr. Deux. In der ersten Abscheidestufe wird die Luft elektrostatisch aufgeladen. Bei einer Spannung von 16 kV werden Elektronen emittiert, die sich an die Partikel in der Luft anlagern. Im nachfolgenden Kollektor, der mit einer reduzierten Spannung von 7 kV operiert, sammeln sich die elektronenbeladenen Partikel an Kollektorplatten und bleiben daran haften, wo sie später mit Wasser entfernt und abgepumpt werden.
Im darauffolgenden Gasfilter wiederum werden der feinstaubbefreiten Luft zusätzlich die gasförmigen Schadstoffe entzogen. Dazu wird eine speziell aufbereitete Aktivkohle in Form von zylinderförmigen Pellets zwischen zwei Filterwände mit Lochblechen an den Vorder- und Rückseiten gefüllt. Für eine optimale Luftströmung sind die einzelnen Wände angeschrägt in W-Form positioniert. „Damit die Schadgasmoleküle genügend Zeit haben, sich an der Kohle anzulagern, durchströmt die Tunnelluft die Wände mit nur etwa 0,4 m/s“, erklärt Dr. Deux. Durch Adsorption und katalytische Umwandlung erfolgt die Abscheidung von Stickstoffdioxid, Ozon, Benzol und unverbrauchten Kohlenwasserstoffen an der Aktivkohle. Diese lässt sich nach Ablauf ihrer Nutzungsdauer austauschen oder regenerieren und erneut einsetzen.
„Die Technologie ist darauf ausgelegt, eine Abscheiderate von 80 beziehungsweise 90 % zu erreichen, unabhängig von Partikelgröße und Konzentration“, erklärt Dr. Deux. „Nur so sind die Filter wirklich effizient und zielführend.“ Insbesondere der problematische Feinstaub mit Durchmessern von 2,5 oder weniger Mikrometern lässt sich dadurch binden und der Luft entziehen. Verbleiben die Mini-Partikel jedoch in der Abluft, könnten sie ungehindert über die Atemwege der Anwohner und Passanten in die Lunge und tieferes Gewebe gelangen, sich dort anreichern und schwere Langzeitschäden wie Asthma oder Herzerkrankungen verursachen.
Geringe Betriebskosten
Obwohl die Filter vergleichsweise komplex sind, gestalten sich ihr Aufbau und die Wartung flexibel und anwenderfreundlich. Während die Aktivkohle im Gasfilter lediglich nach mehreren Jahren erneuert werden muss, benötigt der Partikelfilter eine regelmäßige Reinigung, die jedoch vollautomatisch in wenigen Minuten und nur mit Wasser erfolgt. Spezielle Düsen sprühen hierbei Wasser auf die Kollektorplatten, sodass sich die daran haftenden Partikel lösen und am Boden sammeln. Über eine Pumpe werden die Ablagerungen in einen Behälter im anliegenden Technikraum befördert und vom Wasser getrennt. Anschließend lassen sie sich je nach regionaler Vorschrift der Verbrennung oder Deponie zuführen. Das Abwaschwasser wiederum wird aufbereitet, sodass es bei der nächsten Reinigung erneut genutzt werden kann.
Im Technikraum befinden sich neben der Wasseraufbereitung weitere Nebenaggregate wie ein Luftkompressor für die Sprühleitungen und Schaltschränke, wodurch die Wartung erleichtert wird. Zusätzlich befinden sich Messstationen vor und hinter den Filtern, die neben den Konzentrationen für Partikel und Stickstoffdioxid auch Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Druck erfassen und speichern. Diese Daten werden auch direkt an die Tunnelleitzentrale gesendet, von der aus sich die vollautomatische Filteranlage via SPS überwachen und regulieren lässt.
Um hohe Energieeffizienz zu gewährleisten, werden alle Hilfsaggregate nur bei Bedarf betrieben. Der Stromverbrauch des Elektrofilters liegt im Milliampere-Bereich, sodass trotz hoher Spannungen nur eine geringe Leistung erforderlich ist. Zudem wird die gefilterte Abluft mit geringer Luftgeschwindigkeit transportiert. „Viele Auftraggeber befürchten anfangs hohe Kosten“, erklärt Dr. Deux. „Diese Angst können wir aber schnell nehmen, da wir bereits im Vorfeld eine umfassende Aufklärung und genau abgestimmte Projektierung bieten. In der Regel beläuft sich die Filterinstallation gerade einmal auf weniger als zwei und in Hongkong sogar auf weniger als ein Prozent der gesamten Baukosten.“ Auch in Hongkong wurde die Kombination aus nachhaltiger Abluftreinigung und effizienter Leistung positiv aufgenommen: Weitere Aufträge in China sind bereits in der Planung.
Bilder: FILTRONtec
www.filtrontec.de
