Physikalische Wasserbehandlung in wasserführenden Systemen
Potenziale zur Steigerung der Effizienz durch Frequenzimpulstechnologie
Effiziente und nachhaltige Wasserkreislaufsysteme sind für die moderne Kältetechnik von entscheidender Bedeutung. Offene oder geschlossene Kühlkreisläufe mit Wasser stehen häufig vor Herausforderungen durch mikrobiologische Verunreinigungen und die Bildung von Biofilmen. Diese beeinträchtigen den Wärmeübertrag, erhöhen die Korrosion und können die Lebensdauer von Anlagen verkürzen. Die wirtschaftlichen Auswirkungen dieser Probleme sind nicht zu unterschätzen. Wie kann diesen Herausforderungen in der Kältetechnik begegnet werden? Eine Möglichkeit stellt die Frequenzimpulstechnologie zur physikalischen Wasserbehandlung dar.
Ein typisches Merkmal bei wasserführenden Systemen von kältetechnischen Anlagen sind Ablagerungen wie Kalk, Magnetit und Biofilme sowie Korrosion in Armaturen und Rohrwandungen, die die Leistung mindern, zu Schäden führen und häufigere sowie kostenintensivere Wartungsarbeiten nach sich ziehen. Gleichzeitig führen diese Ablagerungen zu ineffizienten Wärmeübertragungsprozessen mit einem erhöhten Energieverbrauch. Problematisch ist in diesem Zusammenhang das Bakterium Pseudomonas aeruginosa, das durch seine Biofilmbildung und Widerstandsfähigkeit die Effizienz von Wasserkreisläufen erheblich beeinträchtigen kann. Betreiber von Kälteanlagen mit wasserführenden Systemen sollten deshalb darauf achten, einen umweltschonenden und wirtschaftlichen Betrieb ihrer Anlagen zu gewährleisten, weil die normativen Auflagen und der Druck zur Senkung von Emissionen und zur Einhaltung strenger Umweltstandards beständig steigen.
Während traditionelle chemische Lösungen, wie Biozide, sowohl die Umwelt belasten als auch die Gefahr der Resistenzbildung bei Mikroorganismen erhöhen, stehen alternative Technologien zur Verfügung, die eine chemiefreie Wasserbehandlung zur Optimierung von Kühlsystemen und zur Reduktion von Umweltbelastungen ermöglichen sollen. Eine Entwicklung in diesem Bereich ist die Frequenzimpulstechnologie. Bei der Frequenzimpulstechnologie wird gezielt per elektrischem Impulsverfahren auf die innere Oberfläche der wasserführenden Rohre und des Wassers eingewirkt, wodurch metallische und organische Molekularstrukturen im Wasser und an den Materialoberflächen in kleinere, weniger schadhafte Einheiten zerlegt werden. Durch die Wirkung auf physikalische Prozesse wie bspw. die Clusterbildung der Wassermoleküle, die Viskosität des Wassers sowie die Lorentzkräfte, die direkt in die bakterielle Kommunikation (Quorum Sensing) eingreifen, wird die Bildung neuer Biofilme gestört und bestehende Biofilme können so destabilisiert und leichter entfernt werden.
Der Einsatz der Frequenzimpulstechnologie bietet einige Vorteile, durch die die Effizienz von Anlagen verbessert werden kann, so kann z. B. die ungestörte Wärmeübertragung den Energieverbrauch senken. In einer Studie konnte gezeigt werden, dass Anlagen nach der Behandlung mit Frequenztechnologie um bis zu 30 % effizienter arbeiten. Darüber hinaus entfallen die Kosten für Chemikalien wie Biozide, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden können. Zusätzliche Einsparungen ergeben sich aus einer reduzierbaren Wartungsfrequenz. Zudem können lange Standzeiten der Anlagen vermieden werden.
Durch eine physikalische Wasserbehandlung kann auch der Umweltschutz profitieren, denn die chemiefreie Behandlung minimiert Umweltrisiken und entspricht aktuellen Standards, wie der VDI/BTGA 6044-Richtlinie, die seit 2023 für Kaltwasser- und Kühlkreisläufe gilt. Insgesamt trägt die Störung mikrobieller Prozesse zur Verlängerung der Systemlebensdauer bei, sodass eine nachhaltige Nutzung der Ressourcen für Betreiber möglich wird.
Als Anbieter für Frequenzimpulstechnologie forscht und entwickelt bspw. das Unternehmen Aquaenergy aus Forchheim mit Partnern aus Wissenschaft und Technik seit vielen Jahren an Verfahren zur chemiefreien physikalischen Wasserbehandlung. Eine kürzlich veröffentlichte Studie des Unternehmens in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) hob hervor, dass die Frequenztechnologie durch ihre Fähigkeit, Biofilme gezielt zu destabilisieren, eine signifikante Verbesserung der Wasserqualität in Kühlkreisläufen ermöglicht. Die Untersuchungen haben eine Reduktion der Lebendzellzahl von Pseudomonas aeruginosa um mehr als 99 % innerhalb weniger Stunden ergeben. Die im Rahmen dieser Zusammenarbeit durchgeführten Studien bestätigen zudem die Wirksamkeit der Frequenztechnologie in Hinblick auf deren Fähigkeit, die Betriebssicherheit und Effizienz von Kälteanlagen langfristig positiv zu beeinflussen. Im Ergebnis stellten die Wissenschaftler fest, dass die chemiefreie Methode eine Alternative zu herkömmlichen Ansätzen zur Behandlung wasserführender Systeme darstellt.
Um die Anwendbarkeit des Frequenzimpulsverfahrens in Industriebereichen zu erforschen, wurden mittlerweile zahlreiche Fallstudien erstellt. Die Technologie wird bereits in über 100 Installationen in Europa genutzt, unter anderem in der Automobil-, Chemie- und Lebensmittelindustrie. Dabei zeigen die Erfahrungen aus den realen Anwendungen, dass sich mit dem Verfahren der Frequenzimpulstechnologie besonders in industriellen Kühltürmen und Werkzeugkühlsystemen große Skaleneffekte erzielen lassen. Grundlage hierfür ist die Eigenschaft, große Wasservolumina zu behandeln und den Wasserverbrauch zu senken. In einer der größten Anwendungen konnte ein System mit 2.000 m³ Wasservolumen erfolgreich stabilisiert und gleichzeitig mehr als 1 Million Liter Wasser jährlich eingespart werden.
Insbesondere die Kompatibilität mit den Anforderungen der VDI/BTGA 6044-Richtlinie zeigt, dass sie einen wesentlichen Beitrag zur Optimierung der Betriebseffizienz und zur Reduktion mikrobieller Belastungen leisten kann. Darüber hinaus wird die Technologie als präventive Maßnahme gegen die Bildung multiresistenter Keime betrachtet, was sie zu einer wichtigen Ergänzung moderner Hygienekonzepte macht. Die Untersuchungen des INP belegen, dass die Frequenzimpulstechnologie auch in sensiblen Bereichen wie der Lebensmittelproduktion und der Pharmaindustrie eingesetzt werden kann. Die Frequenzimpulstechnologie ist ein Verfahren zur Bewältigung der Herausforderungen in der Kältetechnik. Ihre chemiefreie Funktionsweise, die Reduktion des Energieverbrauchs und die Minimierung von Umweltbelastungen bieten Möglichkeiten für nachhaltige und effiziente Anwendungen in industriellen Wassersystemen, alternativ zu herkömmlichen Verfahren der Wasserbehandlung.
