Rigoberto Advincula, Polymerwissenschaftler am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums, hat am 15. Mai den Frank Tiller Award der American Filtration and Separations Society (AFS) erhalten. Ausgezeichnet wurde Forschung, die additiv gefertigte Membranen und intelligente Separationsoberflächen für Anwendungen in Automobiltechnik und Energiewirtschaft greifbar macht. Die Ehrung, verliehen auf der FILTCON26 in Pittsburgh vom 12.-15. Mai 2025, erfolgt in einer Phase, in der Automobilhersteller und Tier-1-Zulieferer unter wachsendem Druck stehen, ihre Fluid-Partikel-Trennsysteme in leichten und schweren Fahrzeugklassen aufzurüsten - von Innenraumfiltern bis zu komplexen Automobilfiltern in Antriebs- und Thermalsystemen.
Hintergrund
Benannt nach Frank Tiller, einem AFS-Gründungsmitglied, das weithin als Vater der modernen Filtrationstheorie gilt, würdigt der Preis das wissenschaftliche und ingenieurtechnische Lebenswerk im Bereich der Fluid-Partikel-Trenntechnologie. Advincula hat eine Doppel-Professur als Governor's Chair Professor an der University of Tennessee, Knoxville, und leitet die Macromolecular Nanomaterials Group am Center for Nanophase Materials Sciences des ORNL. Ausgezeichnet wurde er für Beiträge, die von neuartigen Materialien über 3D-gedruckte Membranen bis hin zu smarten Separationsoberflächen reichen. Seine Publikationsliste umfasst 513 Arbeiten, hinzu kommen 15 erteilte Patente und vier weitere anhängige Patentanmeldungen.
Die Auszeichnung stärkt die Position von ORNL an der Schnittstelle von Polymerforschung und Advanced Manufacturing. Advinculas Forschung deckt das Design, die Synthese und Charakterisierung von Polymeren und Nanomaterialien ab - darunter funktionale Makromoleküle, Polymer Brushes, Elektropolymersiation und Nanokompositmaterialien. In Kombination mit additiver Fertigung entstehen so Membranen mit abgestimmter Chemie, definierter Mikrostruktur und responsiven Oberflächen - Eigenschaften, die sich deutlich von klassischen Membranen abheben, die durch Beschichten, Gießen oder Sintern hergestellt werden. Diese neue Generation von Membrantechnologie bietet insbesondere für Automobilfilter und andere sicherheitskritische Komponenten im Fahrzeugbau neue Gestaltungsspielräume.
Details
Die Relevanz von Advinculas Arbeit für den Automobilsektor ergibt sich aus der strukturellen Flexibilität, die additive Fertigung beim Membrandesign ermöglicht. Additive Fertigung eröffnet zusätzliche Freiheitsgrade bei Porengeometrie, Kanalstrukturen und Oberflächenfunktionen, die sich deutlich spezifischer auslegen und direkt in Bauteile integrieren lassen - eine Materialarchitektur, die mit konventionellen Produktionsprozessen nur schwer zu erreichen ist.
Im Segment der Innenraumfilter werden Hochleistungs-Polymermembranen, die Feinstaub (PM2.5) und flüchtige organische Verbindungen gezielt abscheiden können, zunehmend wichtig für die Einhaltung regulatorischer Vorgaben. Das gilt besonders, da in zentralen Märkten wie der Europäischen Union und China strengere Standards für Innenraumluftqualität eingeführt werden. Moderne Spezialpolymere bilden hier die Basis, um hochwertige Innenraumfilter mit langer Standzeit und hoher Abscheideleistung zu entwickeln.
Auf Plattformen für Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) bleiben Polymerelektrolytmembranen ein entscheidender Performance-Faktor: Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFCs) sind die am häufigsten eingesetzte Brennstoffzellentechnologie im Fahrzeugbereich, und die Membranbeständigkeit über breite Stromdichtebereiche hinweg bestimmt maßgeblich Systemleistung und Lebensdauer. Mögliche Regulierungen, die per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) einschränken, könnten den Markt für etablierte Ionomer-Membranen wie Nafion stark beeinflussen. Das würde die Nachfrage nach alternativen Polymerchemien erhöhen - genau dem Typ von Spezialpolymeren, die in Advinculas Gruppe entwickelt werden.
Für batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) spielen präzise ausgelegte Separationsmembranen insbesondere im Thermomanagement eine Rolle: Selektive Polymermembranen und Adsorbermaterialien können die Partikelkontrolle in Kühlkreisläufen verbessern, Wärmetauscher schützen und Wartungsintervalle verlängern. In diesem Kontext rücken Batteriekühlsysteme stärker in den Fokus der Entwicklung, da sie für die Sicherheit und Lebensdauer von Hochvoltbatterien entscheidend sind. Der Trend hin zu Elektrofahrzeugen erhöht die Nachfrage nach Feinfiltration in Batterieentlüftungssystemen und Lösungen für die Kabinenluftqualität, wie Marktanalysen zeigen - eine Entwicklung, die auch expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE) in Filterfolien sowie Spezialvliese betrifft, die in EV-Batteriegehäusen eingesetzt werden.
Advincula integriert zudem künstliche Intelligenz in die Materialentwicklung. Die AutoFlowS-Plattform nutzt KI-gestützte, kontinuierliche Durchfluss-Experimente in einem geschlossenen Regelkreis und passt die Versuchsbedingungen automatisch an, um die Entdeckung neuer Polymere und Materialien zu beschleunigen. Nach Aussage von Advincula: "Ich fühle mich sehr geehrt, den Frank Tiller Award der AFS zu erhalten. Er markiert einen wichtigen Meilenstein und Wendepunkt für unsere Forschungs- und Mentoringarbeit in der Separationswissenschaft und -technik."
Ausblick
Die Überführung von Membranarchitekturen aus dem Labormaßstab in qualifizierte Automobilkomponenten erfordert das Durchlaufen etablierter Validierungsprozesse bei Tier-1-Zulieferern sowie die Erfüllung strenger Anforderungen an Materialrückverfolgbarkeit. Damit liegt der Zeithorizont für die Kommerzialisierung eher in Jahren als in Monaten. Gleichzeitig dürfte die Kombination aus regulatorischer Unsicherheit rund um PFAS und wachsender Nachfrage durch EV- und FCV-Plattformen das Interesse der OEMs an neuartigen Polymermembran-Chemien deutlich beschleunigen. Diese Entwicklungen werden auch Einfluss auf Themen wie Fahrzeugzulassung und Systemqualifizierung haben, da neue Materialien in sicherheits- und funktionskritischen Bereichen wie Batteriekühlsysteme, Brennstoffzellenfahrzeuge und komplexe Automobilfilter eingesetzt werden.
Die Macromolecular Nanomaterials Group am ORNL hat bereits große Projekte im Bereich Faserverbundwerkstoffe gemeinsam mit dem Office of Energy Efficiency and Renewable Energy sowie dem Advanced Manufacturing Office des DOE geleitet und damit ein belastbares Framework für den Technologietransfer in automobilen Lieferketten aufgebaut. Dieses Umfeld schafft günstige Voraussetzungen, um innovative Membrantechnologie und Spezialpolymere schrittweise von der Grundlagenforschung bis hin zur Serienanwendung im Fahrzeug zu führen - von der Optimierung von Innenraumfiltern über verbesserte Batteriekühlsysteme bis zur nächsten Generation von Filtrationslösungen für Brennstoffzellenfahrzeuge.
