Mikro-Aerosole – dieses Wort wird im Zuge der Corona-Pandemie immer wichtiger. Während am Anfang noch die Oberflächendesinfektion im Fokus stand, wurde später deutlich: Der Virus ist auch in der Luft unterwegs. In geschlossenen Räumen mit mehreren Personen sollten wir deswegen lüften, sooft es geht. Sinken allerdings die Temperaturen, wird dies schwieriger. Eine Alternative: Luftreiniger. Aber die Mikro-Aerosole aus der Luft zu filtern, ist herausfordernd, sagt Dr. Tobias Schnabel, der bei der Lynatox GmbH den Bereich Forschung und Entwicklung leitet. Wieso viele Produkte auf dem Markt sogar mehr Probleme verursachen, als sie lösen, und wie sich sein Ansatz davon unterscheidet, schreibt er in diesem Artikel.
Dr.-Ing. Tobias Schnabel
Ab 2020 – Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fachhochschule Erfurt, Professur Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik
2015 - Heute Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Material Forschungs- und Prüfanstalt, Weimar im Bereich der Umwelt- und Bauchemie und Umweltverfahrenstechnik
Gründer und CTO bei der Lynatox GmbH als Experte für Photokatalyse.
Aerosole sind als Übertragungsweg in den Fokus gerückt
Menschen stoßen die potenziell gefährlichen Aerosole aus, sowohl beim Sprechen, als auch beim Atmen. Diese Infografik des ZDF zeigt, dass eine einzige infizierte Person in einem Klassenzimmer ohne Maske und bei gekippten Fenster den gesamten Raum kontaminiert – in nur 2 Minuten. Restaurants, Schulen und andere Einrichtungen, in denen die Maskenpflicht am Sitzplatz endet, werden also intensiver lüften oder Luftreiniger verwenden müssen. Denn je weniger Partikel in der Luft, desto geringer ist die Ansteckungsgefahr. Das bestätigt auch ein Forschungsprojekt der Universität der Bundeswehr in einer neuen Studie: Raumluftreiniger sind geeignete Werkzeuge, um dem indirekten Infektionsrisiko zu begegnen. Sie sind zwar kein Garant gegen eine Ansteckung, machen aber einen deutlichen Unterschied.
Ansteckung ist nicht gleich Ansteckung
Die Menge der aufgenommenen Viren ist entscheidend dafür, wie stark eine Infektion verläuft. Das wiederum beeinflusst, wie schwer der Krankheitsverlauf sein kann. Wissenschaftlicher sprechen von der „initialen Fracht“, die der Mensch aufnimmt. Deswegen sind Luftreiniger und Lüften auch so wichtig: Sie befreien zwar die Luft nie völlig, senken aber erheblich die initiale Fracht, die wir in geschlossenen Räumen aufnehmen.
Viele auf dem Markt angebotene Luftreiniger sind problematisch
Die Luftreiniger, die viele Anbieter jetzt auf dem Markt im Zusammenhang mit dem SARS-CoV-2-Virus bewerben, sind zumeist HEPA-Filter (High-Efficiency Particulate Air/Arrestance- oder Hochleistungs-Partikelfilter). Diese HEPA-Filter haben drei große Nachteile, die leider kaum bekannt sind.
Drei Nachteile von HEPA-Filtern
- Staub setzt sich in HEPA-Filtern sehr schnell fest, weil sie sehr fein sind. Wenn Sie nicht permanent den Filter tauschen, hat das Gerät daher keinen Effekt. Das Gerät zeigt Ihnen aber nicht an, wann Sie den Filter tauschen müssten. Ich vermute, dass die Filter an einer Schule nicht länger als eine Woche halten würden.
- Bakterien und Viren setzen sich am Filter fest. Deshalb müssten Nutzer bei jedem Filterwechsel starke Sicherheitsvorkehrungen treffen, um sich nicht zu infizieren. Der Filter ist außerdem nach der Nutzung biologisch gefährlicher Abfall. In Verbindung mit Punkt 1 bedeutet das entweder eine Gefährdung des Personals, das mit den Filtern arbeitet, oder enorme Aufwände.
- HEPA-Filter selbst sind recht kostenintensiv. Jetzt können wir sagen: Na gut, Gesundheitsvorsorge kostet eben Geld. Aber überlegen Sie einmal, welche Kosten das für Tausende Schulen, KiTas oder andere öffentliche Einrichtungen bedeuten würde, die finanziell sowieso schon nicht gut aufgestellt sind. Bei einem neuen Luftreiniger sollten Sie also immer auf die Wartungsintensität und die Verbrauchsmaterialien achten – gerade wenn das Gerät günstig in der Anschaffung ist.
Und dann gibt es Luftreiniger, die nicht nur problematisch, sondern gefährlich sind
Vorweg: Gute, zuverlässige Qualitätsmerkmale sind TÜV- und CE-Zeichen. Ein Gerät ohne diese Siegel würde ich nicht kaufen. Aber vielen Geräten fehlen nicht nur diese Siegel, sondern sie sind sogar gefährlich. Es gibt UVC-Luftreiniger, in denen die UVC-Röhre mit einem quecksilberhaltigen Leuchtmittel funktioniert. Wenn diese UVC-Röhre kaputt geht, ist die Gesundheitsgefährdung enorm. Es gibt sogar Geräte auf dem Markt, in denen die UVC-Röhre offen in den Raum strahlt. Das bedeutet im schlimmsten Fall nachhaltige Schäden an den Augen und krebserregende Sonnenbrände. Regularien vom Gesetzgeber gibt es in dieser Richtung keine, TÜV ist nicht vorgeschrieben. Wir haben die TÜV-Zertifizierung für unsere Geräte freiwillig gemacht, weil unsere Geräte unbedenklich überall einsetzbar sein sollen.
Dann gibt es noch Plasma-Luftreiniger. Plasma-Geräte nutzen eigentlich nicht das Plasma für die Luftreinigung, sondern das dadurch entstehende Ozon. Und ich möchte kein Ozon in meinen eigenen vier Wänden oder in der Schule meiner Kinder haben. Meistens riecht das Gerät auch sehr unangenehm. Im schlimmsten Fall bilden diese Geräte durch Reaktion mit der Raumluft noch schädlichere Stoffe, als Ozon sowieso schon ist. Zum Beispiel entsteht aus der Reaktion von Ozon und Nikotin das hochgiftige Nitrosamin. Auch hier gibt es noch keine Normen oder VDI-Richtlinien.
Was muss ein guter Luftreiniger in Zeiten der Pandemie können?
Ein guter Luftreiniger muss mehrere technische Voraussetzungen erfüllen. Gehen wir von einem Einsatz in Schulen und anderen öffentlichen Gebäuden mit viel Publikumsverkehr aus. Das bedeutet:
- Das ganze Gerät braucht eine stabile Bauweise aus Glas, Aluminium und Edelstahl.
- Der Luftreiniger braucht eine Montagemöglichkeit für Wände, einerseits um ihn dem direkten Kontakt zu entziehen, andererseits, damit der Luftreiniger weniger Staub aufnimmt.
- Voraussetzung für den Einsatz im öffentlichen Raum ist ein Handling, das auch Laien den langfristigen Alltagsgebrauch ermöglicht.
- Der Luftreiniger muss die oben angesprochene Problematik mit infektiösen Filtern umgehen.
- Der Luftreiniger sollte hochpräzise Messungen von Kohlendioxid in der Raumluft leisten können, am besten mit optischer Anzeige. Denn: Bio-Aerosole sind in der Raumluft stark an Kohlendioxid gekoppelt. Durch unsere Atmung in geschlossenen Räumen steigt also die Konzentration von Kohlendioxid genauso wie die Konzentration von Aerosolen. Wenn die Raumluftreiniger den Kohlenstoffdioxidgehalt im Raum messen, können Sie die Lüftungsintervalle optimieren. Behalten wir das Kohlendioxid im Auge, haben wir auch einen Indikator dafür, wie viele Aerosole im Raum schweben.
Lynatox setzt auf Photokatalyse statt Filterverfahren
Luftreiniger, die nach dem Prinzip des Luftfilters funktionieren, haben das Problem, dass der Filter sich nach und nach verbraucht. Ein Katalysator verbraucht sich nicht. Der Luftreiniger, den wir bauen, nutzt lediglich einen Staubfilter aus Edelstahl, der ganz normal in der Spülmaschine waschbar ist. Das ist beim Photokatalyse-Luftreiniger der einzige Wartungsschritt, der im Betrieb anfällt.
Ein Photokatalyse-Luftreiniger filtert die Aerosole nicht aus der Luft, sondern baut Mikroorganismen sicher ab. Nicht nur Viren, sondern auch Pilzsporen und Bakterien.
Durch eine oxidativ-chemische Reaktion bleibt auch kein Restmaterial übrig, kein infizierter Filter, der seinerseits eine Infektionsquelle wäre. Bei unserer Technologie haben wir einen Katalysator, der sich durch die UV-Strahlung selbst reinigt. Das Gerät desinfiziert und sterilisiert sich durch die Reaktion am Katalysator selbst. Zudem ist der Katalysator stromsparend und leise – im Gegensatz zu vielen Raumluftfiltern. In Schulen oder Unis stört er also nicht den Unterricht. Und das nur nebenbei: Gerade Schulen und Universität sind häufig in alten Gebäuden untergebracht. Überschreitungen der Richtwerte von Schadstoffkonzentrationen in der Raumluft sind dort auch abseits von Corona ein Problem.
Der photokatalytische Effekt beschreibt einen physikalischen Vorgang an halbleitenden Materialien. Halbleiter leiten, wenn sie in einer bestimmten Wellenlänge angestrahlt werden. Bei Titandioxid zum Beispiel in der Wellenlänge der UV-A-Strahlung. Dadurch entstehen sogenannte Elektronenfehlstellen. Diese Elektronenfehlstellen reagieren mit Hydroxidionen aus der natürlichen Luftfeuchtigkeit. Das Produkt dieser Reaktion sind Hydroxylradikale, ein starkes Oxidationsmittel. Dieses wiederum oxidiert mit organischen und anorganischen Schadstoffen. Die Oxidationsstärke ist dabei so hoch, dass es zu einer vollständigen „kalten Verbrennung“ der Schadstoffe kommt. Übrig bleiben nach dieser Verbrennung nur unschädliche Reaktionsprodukte wie Kohlendioxid, Wasser und Mineralsalze.
Tests unter realen Bedingungen sind schwierig, die Zahlen aber vielversprechend
Unser Luftreiniger wurde ursprünglich aus dem Blickwinkel des Schadstoffabbaus in öffentlichen Gebäuden entwickelt. Wir haben aber sofort beim ersten Lockdown umgesattelt, ein neues Labor gesucht und angefangen, gegen das Virus zu kämpfen. Leider haben wir in Deutschland keine Räume, in denen wir den SARS-CoV-2-Virus sicher ausbringen und eine Messung vornehmen können. Dafür bräuchte es speziell gesicherte Räume, alles andere wäre zu gefährlich. Aber inzwischen haben wir sehr erfolgversprechende Zahlen. Es war nach Belichten des Katalysators keine virale RNA mehr nachweisbar. Dadurch können wir belegen: Wenn ein Virus auf unseren Katalysator aufsetzt, wird er abgebaut.
