GET – GREEN EFFICIENT TECHNOLOGIES DE 2/23

Leitartikel
Abb. 3: Auf dem hauseigenen Prüfstand mit Testkompressor ermittelt und vergleicht
STASSKOL die Parameter verschiedener Kunststoffe wie z.B. das Verschleißverhalten,
Gleiteigenschaften, Temperatur- und Druckbeständigkeit und Laufzeit.
(Bild: Stasskol GmbH)
Gerade im Falle von Kompressoren in
Biogasanlagen (Verdichtung von Methan)
oder in Getränke- Fabriken und
Brauereien (Verdichtung von CO 2 )
würden solche Erhöhungen der Leckagen
zu einer erheblichen Zunahme
an Emission an Treibhausgasen
führen. Hier sind die negativen Auswirkungen
eines generellen PFAS-
Verbotes auf die Umwelt unmittelbar
zu erkennen. Pumpen und Verdichter
stehen aber auch in unzähligen chemischen
Anlagen, bei denen die Leckagen
von Prozessfluiden in einer
Fackel verbrannt werden. Auch hier
würden signifikant höhere Leckagen
zu deutlich zunehmenden Umweltbelastungen
führen.
kompressor durch. Hier werden auf
PTFE-basierende Werkstoffe mit Rezepturen
anderer Hochleistungskunststoffe
wie PEEK, PPS oder Polyimiden
verglichen. Nur perfluorierte
Kunststoffe wie beispielsweise PTFE
oder PFA erreichen minimale Leckagen
und höchste Laufzeit.
Die hohe Laufzeit hängt mit der
beschriebenen Ausbildung des Tribofilms
zusammen, welcher die
minimiert.
PFAS
Oberflächen schützt und den Verschleiß
Doch
können
noch mehr –
durch die aliphatische
Struktur
perfluorierter
Kunststoffe besitzen
die Moleküle
eine hohe Flexibilität, welche
sich in der Verformbarkeit der Materialien
bemerkbar macht. Dadurch
passen sich die Ober flächen von
PFAS- Werkstoffen optimal an eine
Gegenlauffläche an und dies auch
bei sehr hohen Relativgeschwindigkeiten.
Es wird so eine Abdichteffizient
bei dynamisch beanspruchten
Anwendungen ermöglicht, welche
mit alternativen Hochleistungskunststoffen
nicht denkbar ist. Die aliphatische
Struktur der PFAS-Materialien
entsteht aufgrund der Kohlenstoff-
Fluor-Bindung und schützen das polymere
Rückgrat.
„Die besonderen tribologischen
Eigenschaften von
PFAS-Kunststoffen basieren
auf einem Transferfilm, der in
dieser Form einzigartig ist.“
Dr. Marc Langela, STASSKOL GmbH
Alternative Hochleistungskunststoffe
wie PEEK, PPS oder Polyimide
beruhen allesamt auf teilaromatischen
Strukturen. Diese Strukturen
erlauben ebenfalls eine hohe Druck-
und Temperaturbeständigkeit und
sowie eine sehr gute chemische Beständigkeit.
Allerdings besitzen diese
Hochleistungskunststoffe nicht
die Fähigkeit, einen Transferfilm
auszubilden, wie es bei PFAS-Werkstoffen
wie dem PTFE der Fall ist.
Dies führt zu signifikant höherem
Verschleiß, wie es auch die Versuche
auf dem Test-Kompressor gezeigt
haben. Während
Werkstoffe
PTFE-Basis
auf
(abhängig
vom Be-
lastungskollek-
tiv)
Laufzeiten
von ca. 1 bis 2
Jahren ermöglichen,
schrumpft
diese Performance bei der Verwendung
von nicht PFAS-haltigen Hochleistungskunststoffen
auf eine Dauer
von wenigen Monaten.
Parallel hierzu führt die teilaromatische
Struktur der alternativen
Hochleistungskunststoffe zu einer
hohen Steifigkeit. Im Gegensatz zu
auf PFAS-Kunststoffen basierenden
Dichtlösungen erschwert die Steifigkeit
der alternativen Hochleistungskunststoffe
die Anpassung von Dichtelementen
an die abzudichtenden
Bauteile bei relativer Bewegung.
Dies führte bei den zahlreichen
Untersuchungen auf dem Testkompressor
von STASSKOL zu einer
Erhöhung der Leckagen um den Faktor
3-5.
Höherer Energieverbrauch
Neben dem Thema der höheren
Umweltbelastung durch die Zunahme
an Treibhausgasen spielt auch
die Energieeffizienz der Produktionsprozesse
eine erhebliche Rolle
für die Umwelt. Selbst wenn Leckagen
in den Prozess zurückgeführt
werden können, so führt die geringe
Abdichteffizienz von PFAS-freien
Hochleistungskunststoffen zu einem
deutlichen Verlust an Effizienz, was
wiederum durch einen höheren Bedarf
an Energie kompensiert werden
muss. Die Verluste der Pumpe oder
des Kompressors müssen abgefangen
und dem Prozess erneut zugeführt
werden.
Steigender Wartungsaufwand
Als dritter Punkt bleibt noch zu erwähnen,
dass bei deutlich reduzierter
Laufzeit der Dichtelemente ein kürzerer
Wartungsintervall notwendig
wird. Dies führt zu erhöhtem Material-
und Personaleinsatz in den Anlagen,
zu einem weiteren Abfall der
Produktivität durch die entstehenden
Ausfallzeiten sowie zu weiteren Nebeneffekten
wie erhöhte Reisetätigkeit
von Service-Technikern.
Demzufolge zeigt sich, dass eine
hohe Effizienz und eine hohe Verfügbarkeit
von Pumpen und Verdichtern
sowohl in Standardanwendungen
(Bio gas, Brauereien, Kork-Produktion,
etc.) als auch in chemischen Anlagen
wie beispielsweise einer Raffinerie
10
GREEN EFFICIENT TECHNOLOGIES 2023