Dekontaminierung Kulturgut mit flüssigem CO2 (Entwicklung einer Anlage und entsprechenden Prozessen zur Dekontaminierung von Kulturgut mittels flüssigem CO2) )

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 444.40.12

Schlüsselwörter (Deutsch)

Kulturgüter, Pestizide, Dekontaminierung, Reinigung, flüssiges CO₂

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Kulturgüter aus organischen Materialien wie Holz, Textilien, etc. wurden im 20. Jahrhundert intensiv mit chlorhalogenen und schwermetallhaltigen Pestiziden behandelt. Sie stellen heute ein gesundheitliches Risiko für Bewohner und Besucher von historischen Gebäuden und Museen sowie Restauratoren und Kuratoren dar. Zum Teil können entsprechende Objekte aus diesem Grund sogar nicht mehr ausgestellt werden. Erst die Dekontaminierung solcher Kulturgüter würde deren fachgerechte Pflege und Erhaltung wieder ermöglichen.

Bis heute existiert noch keine marktreife Reinigungstechnologie, mit der hohe Dekontaminationsleistungen erzielt werden können, ohne dass die Oberfläche der behandelten Objekte geschädigt wird.

Im vorliegenden Projekt sollen bestehende Anlagen zur Reinigung mit flüssigem CO₂ so weiterentwickelt werden, dass sie zur Dekontaminierung von Kulturgütern eingesetzt werden können.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1 Anhand von Versuchen in der Laboranlage (Anlagevolumen ca. 1l) sind repräsentative Objektmaterialien ausgewählt. Die Verfahrensparameter für hohe Dekontaminierungsraten an diesen Materialien sind bekannt: Meilenstein 1 (bzw. AP1 des Gesuchs)

2 Im Labormassstab ist eine objektschonende Dekontaminierung von Oberflächen verschiedener organischer Materialien nachgewiesen, die mindestens 70% der chlorhalogenen Pestizide reduziert. Das Konzept zur Abtrennung der Pestizide aus dem CO₂-Strom und der Rückgewinnung des CO₂ mit dem nötigen Reinheitsgrad ist bestätigt. Die nötigen Prozessparameter sind für alle Stufen erarbeitet: Meilenstein 2 (bzw. AP 3 des Gesuchs)
Dieser Meilenstein 2 gilt als Go/No Go-Meilenstein: wenn dieses Ziel nicht erreicht werden kann, wird das Projekt abgebrochen.

 

3.Das in Meilenstein 2 erarbeitete Verfahren ist an einer Pilotanlage (Anlagevolumen ca. 100 l) der Amsonic AG für verschiedene Anforderungen und Abläufe (unterschiedliche Objekte, wiederholte Prozesszyklen etc.) verifiziert und validiert. Die abgetrennten Pestizide können mittels Bindung an Aktivkohle entfernt werden. Die Sicherheitsvorkehrungen gegen eine Leckage von CO₂ aus der Anlage sind beschrieben. Die Prozessführung und Verfahrensvorschriften liegen vor: Meilenstein 3 (bzw. AP 4 und 5 des Gesuchs)

 

4. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. bis 3. Zudem beinhaltet der Bericht Angaben zum technischen Anforderungsprofil, zur Anlagenauslegung und zur sicherheitstechnischen Ausrüstung. Ein Businessplan sowohl für den mobilen wie den stationären Einsatz der Anlage und ein Konzept für die Zertifizierung der Anlage, insbesondere in Bezug auf Sicherheitsaspekte, liegen vor

 

5. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 

6. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Eine Anlage zur Dekontaminierung von Kulturgütern mit flüssigem CO₂ soll entwickelt und realisiert werden. Das Verfahren ermöglicht in einem weiteren Schritt, die entfernten Pestizide auf zu konzentrieren und das verwendete flüssige CO₂ in der benötigten Reinheit zurückzugewinnen. Dabei ist auch die Sicherheit im Umgang mit dem CO₂ gewährleistet.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Mit Pestiziden behandelte Materialmuster wurden an einer Laboranlage mit flüssigem CO₂ gereinigt und geeignete Prozessparameter für hohe Dekontaminationsraten entwickelt. Bei Wolle gelang in eine nahezu vollständige Entfernung der Pestizide. Für Materialien mit geringerer Permeabilität (z.B. Holz) eignen sich Prozesse mit einer höheren Anzahl von Reinigungszyklen. Auch hier wurden hohe Dekontaminationsraten von über 70% erreicht. Bei einem Grossteil objektrelevanter Materialien wurde die Behandlung als mehrheitlich positiv bewertet. Die Struktur sowie das optische Erscheinungsbild konnten in aller Regel bewahrt werden.

Für eine nachhaltige und sichere Prozessführung wurde ein Konzept entwickelt, mit dem die Pestizide im CO₂–Kreislauf fokussiert, entnommen und zur fachgerechten Entsorgung bereitgestellt werden können. Das CO₂ kann in ausreichender Reinheit in neue Prozesse zurückgeführt werden.

An realen Kulturgut-Objekten konnte in einer Pilotanlage ein Reinigungserfolg von über 90% für PCP und Lindan und 80% für DDT erzielt werden. Objektabhängig waren Behandlungen ohne Einfluss auf die weitere Objektbeschaffenheit möglich. Bei bestimmten Materialkombinationen wurden eine leichte Aufhellung der Farbe und ein Ablösen von Oberflächenschichten festgestellt.

Eine geeignete Anlagenauslegung sowie eine regelungstechnische und sicherheitstechnische Ausrüstung von Reinigungsanlagen für die Kulturgüterdekontamination wurden definiert und passende Business-Pläne erstellt.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Im Rahmen eines Experten-Workshops mit erfahrenen Restauratoren, Konservatoren und Forschenden zum Abschluss des Projektes erzielten die Forschungsergebnisse ein äusserst positives Feedback. Für bestimmte Objektgruppen (z.B. textile Objekte) stellen die Projektergebnisse eine geeignete Grundlage zur Entfernung chlororganischer Pestizide von realen Kulturgut-Objekten dar. Hier konnten hohe Reinigungsleistungen erzielt und nachteilige Änderungen der weiteren Objektbeschaffenheit vermieden werden.

Zur Erweiterung des Anwendungsbereichs auf eine grössere Anzahl von Objektgruppen und Kontaminationsarten sind noch offene Fragen zu klären. Hierzu zählen die Reinigungsleistung und arbeitsschutz-technischen Massnahmen bei Schwermetall-Belastungen (z.B. Arsen- und Quecksilberverbindungen) an einer routinemässig betriebenen Dekontaminierungsanlage sowie die Entwicklung geeigneter Prozessparameter zur Vermeidung des Ablösens oberflächiger Materialschichten.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Eine Strategie zur Umsetzung einer CO₂-Anlage im wirtschaftlichen Massstab und zur Klärung der weiteren wissenschaftlich-technischen Fragen befindet sich von den beteiligten Projektpartnern in Ausarbeitung. Durch den hohen Anteil belasteter Kulturgutobjekte in Museen, Sammlungen und Depots besteht weiterhin dringender Bedarf an der Realisierung einer Reinigungsanlage. Das im Rahmen des Projektes aufgebaute Know-how und das etablierte Netzwerk zwischen Forschung und Praxis stellen eine exzellente Basis für die weiteren Schritte zur Umsetzung dar.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Mehrere Fachpublikationen in der Fachzeitschrift „Studies in Conservation“ (peer-review) in Ausarbeitung.