Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2012

Forschungsaktivitäten 2012 58 59
TRDir‘in Dr. Elke Reifer
Wehrwissenschaftliches Institut für
Schutztechnologien – ABC-Schutz,
Munster
elkereifer@bundeswehr.org
Kollektivschutz in der Bundeswehr – neue Möglichkeiten
mit katalytischen und regenerierbaren Filtersystemen
Geschützte Bundeswehrfahrzeuge sind mit ABC-Schutzbelüftungsanlagen
auf Aktivkohlebasis ausgerüstet. Diese
stoßen bei einem Gefahrstoffspektrum aus ABC-Kampfstoffen,
toxischen Industriegasen und Schussgasbestandteilen
an ihre Leistungsgrenzen. Neue katalytische bzw.
regenerative Filtersysteme bieten die Möglichkeit, das
Schutzspektrum zu erweitern und die Nutzungsdauer
der Filter zu verlängern.
TORR Dipl.-Chem. Thomas Harwardt
Wehrwissenschaftliches Institut für
Schutztechnologien – ABC-Schutz,
Munster
thomas1harwardt@bundeswehr.org
ABC-Kollektivschutzsysteme stellen saubere Atemluft durch
Filterung der Außenluft auch unter rigiden Einsatzbedingungen
zur Verfügung. Diese Außenluft kann in militärischen
Szenaren mit nuklearen, radiologischen, biologischen und
chemischen (ABC)-Kampfstoffen, toxischen Industriechemikalien
(TIC) oder gesundheitsschädlichen Schussgasbestandteilen
aus Waffensystemen belastet sein. Eine besondere Herausforderung
stellt das Kohlenmonoxid (CO) aus den Schussgasen dar.
Handelsübliche CO-Filter sind für die militärische Anwendung
nicht geeignet, da sie eine zu geringe Einsatz- und Lagerdauer
aufweisen. Neue Filtersysteme auf katalytischer und regenerativer
Basis versprechen für eine lange Einsatzdauer einen Schutz
vor CO, den ABC-Kampstoffen und TIC. Diese Filtersysteme
werden am Wehrwissenschaftlichen Institut für Schutztechnologien
– ABC-Schutz (WIS) anhand von Demonstratoren unter
militärischen Einsatzbedingungen auf ihre Eignung als Schutzbelüftungssysteme
in geschützten Fahrzeugen untersucht.
Drei verschiedene Lösungswege wurden betrachtet, die alle auf
der Eliminierung von CO durch einen Katalysator basieren.
Dieser Katalysator wird insbesondere durch die anderen Bestandteile
der Schussgase geschädigt („Katalysatorgifte“),
so dass er durch technische Maßnahmen geschützt werden
muss. Dies könnte einerseits durch einen Betrieb bei hoher
Temperatur, andererseits durch einen Vorfilter erfolgen.
Als Vorfilter wurden nicht regenerierbare und regenerierbare
Systeme untersucht.
Bei der so genannten CATOX-Technologie erfolgt die Luftreinigung
durch katalytische Oxidation auf einem 280 – 350 °C
heißen Katalysator. Dabei wird CO zu Kohlendioxid (CO 2 ) oxidiert
und chemische Kampfstoffe und TIC in weniger toxische
Produkte umgesetzt, die in einem chemisorptiven Filter abgeschieden
werden. Während die Eliminierung von CO durch
Ergebnisse des WIS belegt wurde, stehen Untersuchungen zur
chemischen Stabilität gegenüber verschiedenen Katalysatorgiften
noch aus.
Eine Kombination aus einem konventionellen Vorfilter auf
Aktivkohlebasis mit einem bei niedrigeren Temperaturen
arbeitendem Katalysator war bisher nicht erfolgreich, da der
Aktivkohlefilter keine ausreichende Rückhaltefähigkeit für
Katalysatorgifte zeigte. Es wird untersucht, ob spezifische Vorfilter
oder gegen Katalysatorgifte gehärtete Katalysatoren eine
geeignete Lösung darstellen. Beide Strategien werden am WIS
parallel verfolgt.
Da Vorfilter auf Aktivkohlebasis regelmäßig ausgetauscht
werden müssen, ist ein regenerierbares Filtersystem anzustreben,
welches eine quasi unbegrenzte Einsatzdauer bietet.
Als regenerierbares Filtersystem bietet sich z. B. die Druckwechseladsorption,
(Pressure Swing Adsorption, PSA) an.
Zwei Adsorberbetten werden eingesetzt, von denen eines
gereinigte Luft zur Verfügung stellt, während das andere
zur gleichen Zeit regeneriert wird. Nach einigen Sekunden
wechseln die Adsorberbetten automatisch ihre Funktion, so
dass stets ein gereinigtes Filterbett zur Verfügung steht. Diese
Technologie ist zur Rückhaltung vieler Schadstoffe über einen
großen Siedepunktbereich konzipiert. WIS-Untersuchungen
belegen, dass einen Katalysator beeinträchtigende Schussgasbestandteile
sehr effektiv mittels PSA aus dem Luftstrom
entfernt werden können. Jedoch lässt sich CO durch PSA
selbst nicht zurückhalten. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist
die komplexe Technik, die z. B. die Bereitstellung der Rohluft
mit einem Überdruck von ca. 2,7 bar erfordert.
Neben den hier vorgestellten Technologien sind auch künftig
Entwicklungen, wie z. B. die Plasmatechnologie, zu betrachten,
die ähnliche Vorteile wie regenerative Systeme bieten könnten.
Weitere Untersuchungen beschäftigen sich mit der Frage der
Langzeitstabilität des Katalysators unter den klimatischen
Bedingungen, die von der Bundeswehr gefordert werden.
Abb. 1: Schussgase am Beispiel eines gepanzerten Fahrzeugs Abb. 2: Die CATOX-Technologie Abb. 3: Testaufbau für die PSA-Technologie Abb. 4: PSA-Testergebnisse mit SO 2