Rigoberto Advincula, Polymerforscher am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums und Governor's Chair Professor an der University of Tennessee, Knoxville, hat auf der FILTCON26 in Pittsburgh den Frank Tiller Award der American Filtration and Separations Society (AFS) erhalten. Die Auszeichnung rückt hochentwickelte polymerbasierte Filtrationstechnologie und Trennverfahren in den Mittelpunkt - just in dem Moment, in dem Automobilhersteller ihre Anstrengungen zur Verbesserung der Luftqualität im Fahrzeuginnenraum und zur Verschärfung der Feinstaub- und Abgasreinigung in der Produktion intensivieren.
Hintergrund
Der Frank Tiller Award würdigt lebenslange wissenschaftliche und ingenieurtechnische Leistungen auf dem Gebiet der Fluid-Partikel-Trenntechnik. Er ist nach einem AFS-Gründungsmitglied benannt, das weithin als Vater der modernen Filtrationstheorie gilt. Advincula wurde im Rahmen einer Preisverleihung auf der FILTCON26 geehrt, die vom 12. bis 15. Mai in Pittsburgh stattfand.
Die FILTCON26, organisiert von der AFS, stand unter dem Leitthema "Energy Transition & Regulatory Compliance" und spiegelte damit den wachsenden Druck auf die Filtrationsbranche wider, saubere Energiesysteme zu unterstützen und zunehmend komplexe globale Luftqualitätsnormen und Umweltauflagen zu erfüllen. Die Konferenz brachte Wissenschaftler, Ingenieure und Praktiker aus Industrie und akademischer Forschung zusammen. Die Beteiligung des ORNL wurde vom Planungskomitee der FILTCON26 ausdrücklich als zentral für die Diskussionen über Advanced Manufacturing und Fördermöglichkeiten des DOE hervorgehoben.
Das Interesse der Automobilindustrie an Innovationen in der Filtrationstechnologie ist ausgeprägt. Alle Kunststoffmaterialien - Thermoplaste, Elastomere, Duroplaste und Verbundwerkstoffe - können flüchtige organische Verbindungen (VOCs) an die Umgebungsluft abgeben, und die Konzentration dieser Stoffe beeinflusst direkt Geruchswahrnehmung, Wohlbefinden und Gesundheit der Fahrzeuginsassen, wie Richtlinien zu Prüfstandards von UL Solutions betonen. Die Norm ISO 12219-1:2012 adressiert die Luftqualität im Fahrzeuginnenraum, indem sie das Fahrzeug als Gesamtsystem betrachtet, statt einzelne Komponenten isoliert zu bewerten. Südkorea hat bereits 2007 regulatorische Grenzwerte für sieben spezifische VOC-Emissionen aus dem Fahrzeuginnenraum eingeführt - darunter Formaldehyd, Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol, Styrol und Acrolein.
Gerade vor dem Hintergrund strengerer Luftqualitätsnormen und VIAQ-Vorgaben (Vehicle Interior Air Quality) gewinnen Innenraumfilter, Kfz-Filter und Systeme zur VOC-Reduktion eine immer wichtigere Rolle in der industriellen Filtration.
Details
Advincula wurde für Arbeiten gewürdigt, die von neuartigen Materialien über 3D-gedruckte Membranen bis hin zu intelligenten Trennoberflächen reichen. Am ORNL leitet er die Macromolecular Nanomaterials Group am Center for Nanophase Materials Sciences, wo sich die Forschung auf Design, Synthese und Charakterisierung von Polymeren und Nanomaterialien konzentriert.
Ein wesentlicher Schwerpunkt von Advinculas Forschung ist die Integration von Künstlicher Intelligenz und Machine Learning (AI/ML) in das Design von Polymermembranen. Seine Veröffentlichungen dokumentieren AI/ML-Workflows, die Struktur-Zusammensetzungs-Prozess-Eigenschafts-Beziehungen von Membranpolymeren, Membrantests und Performancevalidierung abdecken, ein methodischer Ansatz, der die bislang zeitaufwendigen iterativen Entwicklungszyklen deutlich verkürzen könnte, die den Transfer von Laborfortschritten in der Filtration in serienreife Komponenten für Kfz-Filter bremsen.
Auf der FILTCON26 hielt Advincula eine Keynote mit dem Titel "Critical Minerals Separations: AI/ML-Driven Laboratories and DOE Opportunities" und stellte dabei Hochleistungsmaterialien für die industrielle Fertigung sowie experimentelle Methoden mit AI/ML-gesteuerten Self-Driving-Labs für die Rückgewinnung kritischer Mineralien und Seltenerd-Elemente vor.
Bei der Preisannahme beschrieb Advincula die Auszeichnung als "einen Meilenstein und Wendepunkt für Forschung und Mentoring in der Separationswissenschaft und -technik".
Das Transferpotenzial in Richtung Automobilanwendungen ist erheblich. Polymerwerkstoffe stellen einen riesigen Designraum dar, der stärker für Hochleistungsmembranen und anspruchsvolle Filtrationsanwendungen genutzt werden kann, wie aus Forschungsarbeiten hervorgeht, die Advincula gemeinsam mit ORNL-Kollegen verfasst hat. Standard-Innenraumfilter gelten in der Filtrationsbranche als unzureichend, wenn es um die Abscheidung ultrafeiner Partikel geht. Verkehrsnahe Partikel - etwa aus Abgasen - sowie ultrafeine Partikel aus Bremsabrieb, Reifenverschleiß und Straßenoberflächenabrieb markieren eine bekannte Lücke aktueller kommerzieller Lösungen in der Abgasreinigung und Innenraumluftreinigung. VOC-adsorbierende Polymerkomposite, darunter Metall-Organische Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOFs) und hybride Systeme auf Basis von Polydimethylsiloxan, sind ein aktives Forschungsfeld, das genau diese Defizite adressiert.
Ausblick
Die Kombination aus DOE-geförderter Polymerforschung, AI/ML-beschleunigter Membranentwicklung und verschärften Luftqualitätsnormen für den Fahrzeuginnenraum in allen großen Automobilmärkten macht die am ORNL entwickelte Materialwissenschaft zu einer vielversprechenden technologischen Basis für nächste Generationen von Innenraumfiltern und Kfz-Filtern. Machine Learning kann genutzt werden, um Membranmaterialien und -design mithilfe von Datensätzen und Data Analytics mit agentischen AI-Aufgaben aus Large Language Models zu verbessern, heißt es in einem aktuellen Preprint von Advincula und ORNL-Kollegen - ein Workflow, der die Qualifizierungszeiten in den OEM-Lieferketten deutlich verkürzen könnte.
Wie schnell sich diese Laborfähigkeiten in produktionszertifizierte Filtermedien und neue Standards der industriellen Filtration übersetzen lassen, hängt maßgeblich davon ab, wie gut sich Testprotokolle zwischen den OEMs abstimmen lassen und mit welcher Geschwindigkeit VDA- und ISO-Normen an neue Polymer- und Kompositarchitekturen angepasst werden. Davon dürfte auch abhängen, wann sich neue, AI-gestützte Filtrationstechnologie in der Breite im Fahrzeugmarkt etabliert - von der VOC-Reduktion über hochwirksame Innenraumfilter bis hin zu fortschrittlichen Systemen der Abgasreinigung.
