El papel del láser en la lucha contra los microplásticos

Hasta ahora, las plantas de tratamiento de aguas residuales no han sido capaces de filtrar suficientemente los diminutos microplásticos presentes en las aguas residuales, pero esto podría cambiar pronto: El primer filtro de microplásticos perforado con láser se está probando en una planta de tratamiento de aguas residuales. Contiene láminas con agujeros extremadamente pequeños de apenas 10 micrómetros de diámetro. La tecnología para perforar eficazmente millones de estos agujeros se desarrolló en el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT, y ahora los ingenieros del instituto están ampliando la tecnología láser de pulso ultracorto (USP) en el rango de los kW.

Hoy en día, la sostenibilidad no es una opción, sino mucho más una obligación, independientemente de la tecnología que se esté desarrollando. En consecuencia, la industria del láser utiliza cada vez más la tecnología USP para mejorar la sostenibilidad en muchos proyectos. Los láseres ya se utilizan para aumentar la eficiencia de la tecnología del hidrógeno y para generar carcasas de baterías absolutamente herméticas en aplicaciones de electromovilidad.

En el proyecto ‘SimConDrill’, financiado por el BMBF, Fraunhofer ILT ha unido sus fuerzas con socios de la industria para construir un filtro que, por primera vez, puede eliminar los microplásticos de las aguas residuales. “En esencia, nuestro reto consistía en perforar el mayor número de agujeros posible, lo más pequeños posible, en una lámina de acero en el menor tiempo posible”, explica Andrea Lanfermann, directora del proyecto en Fraunhofer ILT.

59 millones de agujeros en la placa filtrante del primer filtro perforado por láser para la filtración de microplásticos de las aguas residuales municipales. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania.

Después de desarrollar el proceso en el Fraunhofer ILT, los expertos de LaserJob GmbH perforaron 59 millones de agujeros con un diámetro de 10 micrómetros en una lámina filtrante, creando así un prototipo de filtro. Los investigadores de Fraunhofer también colaboran con otras tres empresas en este ambicioso proyecto. Además del coordinador del proyecto, Klass Filter GmbH, también participan LUNOVU GmbH y OptiY GmbH.

Entretanto, las láminas metálicas perforadas con láser se han instalado en el filtro ciclónico patentado de Klass Filter GmbH y se han sometido a extensas pruebas. En la primera prueba, se filtró el polvo fino de las impresoras 3D del agua contaminada. La instalación se está probando ahora en condiciones reales en una planta de tratamiento de aguas residuales.

Perforar millones de agujeros uno tras otro lleva tiempo, pero puede hacerse más rápido con el proceso multihaz, en el que se genera una matriz de haces idénticos a partir de un rayo láser mediante un sistema óptico especial. Fraunhofer ILT utilizó este proceso con un láser de pulso ultracorto (TruMicro 5280 Femto Edition) para perforar agujeros simultáneamente con 144 haces. La base de este tipo de aplicaciones es el conocimiento detallado del proceso, que se ha recopilado en Fraunhofer ILT durante décadas y se ha implementado en los modelos y el software correspondientes. Gracias a estos conocimientos, se pueden variar los parámetros en el ordenador y encontrar rápidamente los parámetros óptimos del proceso. También se puede analizar la robustez del proceso antes de probar la aplicación.

Paralelamente a esta aplicación de perforación, un consorcio de seis socios trabaja en la mejor manera de integrar un sistema de procesamiento multihaz en una máquina industrial. En el proyecto de la UE ‘Multiflex’, los investigadores, junto con la industria, están aumentando la productividad del procesamiento de materiales por láser con escáner mediante procesos multihaz. La particularidad de este proyecto es que todos los haces parciales pueden controlarse individualmente y, por tanto, utilizarse para producir cualquier tipo de estructura superficial. Los socios del proyecto pretenden multiplicar la velocidad del proceso por un factor de veinte a cincuenta, con lo que todo el proceso será mucho más rentable.

En el filtro de microplásticos, las láminas con los microagujeros se fijan en una rejilla más gruesa para que no se rompan bajo la presión del agua. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania.

El conocimiento del proceso también es un factor crítico para seguir ampliando el procesamiento de materiales con pulsos láser ultracortos con o sin óptica multihaz. Cuando se aumenta la potencia hasta el rango de los kilovatios, pueden producirse daños térmicos en la pieza. Estos efectos se exploran mediante complejas simulaciones, y los procesos pueden adaptarse en consecuencia.

Los sistemas láser para estos experimentos están disponibles en el laboratorio de aplicaciones del Fraunhofer ILT de Aquisgrán. Forman parte del Fraunhofer Cluster of Excellence Ad-vanced Photon Sources CAPS, donde 13 institutos Fraunhofer desarrollan conjuntamente fuentes de rayos láser, tecnología de procesos y aplicaciones para potencias de láser USP de hasta 20 kW. Un segundo laboratorio CAPS funciona en el Fraunhofer IOF de Jena.

Para más información consultar los siguientes enlaces

- Proyecto conjunto SimConDrill: https://www.simcondrill.com

- Clúster de Excelencia Fraunhofer Advanced Photon Sources CAPS: https://www.caps.fraunhofer.de

- Proyecto de la UE Multiflex: https://multiflex-project.eu

Conocimiento de Fraunhofer en LASER World of PHOTONICS

En la feria líder de fotónica LASER World of PHOTONICS de Múnich, se expondrá el filtro microplástico perforado por láser, así como otros aspectos destacados del clúster de excelencia Fraunhofer Advanced Photon Sources CAPS. Del 26 al 29 de abril de 2022, los expertos estarán disponibles en los stands de Fraunhofer A6.441 y B4.239 para proporcionar información sobre la tecnología láser de pulso ultracorto, la generación de radiación secundaria desde los THz hasta los rayos X, y las innovadoras aplicaciones de estas tecnologías.