Mit Ozon gegen Corona-Viren: Eine Alternative zu Luftreinigungssystemen mit UV-C und HEPA-Filtern

Seit Monaten wird weltweit intensiv geforscht und nach Lösungen gesucht, die das Risiko minimieren sollen, sich in personenbesetzten Räumen jeglicher Nutzungen mit Covid-Viren anzustecken. Häufiger Raumluftwechsel kann helfen – und in Ergänzung dazu auch Ozon, durch dessen Wirkung Viren und Bakterien rasch und effizient aus der Luft abgeschieden und abgetötet werden.

Bei den Nutzungen reicht das Spektrum von Wohnungen über Büros, Gewerberäume, Hotels, Gastronomie, Praxen, Alten- und Pflegeheime bis zu Schulklassen, Kitas und vielen mehr. Sobald sich mehrere Personen in einem Raum aufhalten und eine dieser Personen mit Covid infiziert ist, ergibt sich für die anderen Anwesenden ein kaum abschätzbares, aber hohes Risiko, ebenfalls infiziert zu werden. Auslöser dafür sind Aerosole, die beim Atmen und Sprechen abgegeben werden. An diesen mikroskopisch kleinen Wassertröpfchen haften Viren und Bakterien an, die sich dann in der Raumluft verbreiten und mehrere Stunden in dieser schweben. Über Empfehlungen zum Einhalten der bekannten AHA-Regeln hinaus (Abstand, Hygiene, Mund-Nasen-Schutz) haben weltweit viele Untersuchungen und Studien eindeutig nachgewiesen, dass eine ausreichende, ständige oder zumindest häufige Durchspülung der Räume mit einer möglichst großen Menge an Außenluft und eine gleichzeitige Abführung von eventuell belasteter Raumluft das Infektionsrisiko sehr stark verringern kann. Empfohlen werden dazu Raumluftwechsel von mehr als etwa 3 bis 4 pro Stunde, die von vielen zentralen und dezentralen Lüftungsgeräten sichergestellt werden können.

Allerdings sind solche Lüftungsgeräte, die stets mit einer internen Wärmerückgewinnung ausgestattet werden, oft recht teuer in der Anschaffung und haben meist auch hohe Betriebskosten. Andererseits führt eine häufige Fensteröffnung zur Abführung von belasteter Raumluft besonders bei kalten Außentemperaturen zu einer raschen Auskühlung und Austrocknung der Räume, zu einer thermischen Unbehaglichkeit und zu gesundheitlich bedenklichen relativen Luftfeuchten unter 20 %. Und sobald die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und der Raumluft gering wird, sinkt dadurch die Effizienz der Fensterlüftung bis gegen Null drastisch ab. Hinzu kommen bei der Fensteröffnung mögliche Probleme mit dann in den Raum eindringendem Lärm.

Einsatz von Luftreinigern

Eine weitere Möglichkeit, die in vielen Praxismessungen und Studien nachgewiesen wurde und auch von Virologen als Ergänzung zur oft nicht ausreichenden Lüftung empfohlen wird, besteht im Einsatz von raumweise betriebenen Luftreinigern. Diese steckerfertigen Geräte saugen Raumluft an, scheiden aus dieser sehr rasch und mit einer Effizienz von oft über 99 % Viren, Bakterien und weitere Schadstoffe ab und blasen die so gereinigte Luft zurück in den Raum. Solche Luftreiniger gibt es für viele Anwendungen in unterschiedlichen Leistungsgrößen (Luftvolumenstrom) und Ausstattungen zur Luftfiltration. Am weitesten verbreitet sind Geräte mit Hochleistungsfiltern (Schwebstofffiltern), einer UV-C-Entkeimung oder einer Kombination aus beiden Verfahren. Dabei werden die Viren entweder in dem Filtermaterial abgeschieden oder durch eine UV-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm abgetötet. Allerdings haben auch viele dieser Lösungen trotz ihrer hohen Wirksamkeit zur Covid-Abscheidung mehrere entscheidende Nachteile: Die Geräte sind oft sehr voluminös (hoher Platzbedarf), erfordern einen hohen Wartungsaufwand (Wechsel der Luftfilter), haben erhebliche Betriebskosten (Druckverluste der Luftfilter, Strombedarf der UV-C-Lampen), erzeugen im Betrieb hohe, störende Geräuschpegel in den Räumen (oft über 50 dB) und sind in der Anschaffung teuer. Viele dieser Nachteile können durch den Einsatz von Luftreinigern vermieden werden, bei denen durch die Erzeugung und die Wirkung von Ozon Viren, Bakterien, Gerüche und viele weitere Luftschadstoffe mit höchster Effizienz bei vergleichsweise geringen Investitions- und Betriebskosten abschieden werden.

Luftreinigungssystem Jimco
Der MAC500s kann ein Raumvolumen von etwa 60 m³ desinfizieren. Bei größeren Räumen können mehrere MAC500s eingesetzt und betrieben werden. (Abb. © Jimco A/S)

Mit Ozon gegen Corona-Aerosole

Warum nutzt man gerade Ozon gegen das Covid-Virus? Ozon (O3) ist eine in der Natur vorkommende, hochreaktive Substanz mit stark oxidativen Eigenschaften. Das bedeutet, dass sich Ozon an organischen Substanzen (Viren, Bakterien, Keime, Pilze etc.) anlagert, sich mit diesen verbindet und sie dann – bei einer ausreichend hohen Konzentration – durch einen Oxidationsprozess inaktiviert und abtötet. Gleichzeitig ist Ozon aber auch sehr instabil und zerfällt in der Raumluft bereits nach wenigen Minuten wieder in Luftsauerstoff O2.
Aus diesen Gründen ist der Einsatz von Ozon zur Luftreinigung nicht unumstritten, denn in höheren Konzentrationen kann Ozon auch für die menschliche Gesundheit gefährlich sein. Symptome sind Reizungen der Augen und Schleimhäute, Schädigungen der Lunge und Belastungen des Herz-Kreislauf-Systems. Aufgrund dieser Eigenschaften wurde für Ozon ein internationaler Grenzwert von 0,1 ppm (oder 0,22 mg/m³) in der Raumluft festgelegt. Wenn die Ozon-Konzentration in der Raumluft allerdings dauerhaft unter diesem Wert liegt, ist Ozon für die menschliche Gesundheit ungefährlich. Ab einer Konzentration von etwa 0,02 ppm in der Luft – also bereits bei 20 % des Grenzwerts – wird Ozon vom Menschen wahrgenommen, ähnlich wie die Ozonabgabe beim Betrieb eines Kopierers oder Druckers.
Andererseits kann man das Oxidationspotenzial von Ozon unter strikter Einhaltung von Sicherheitsmaßnahmen gezielt dazu nutzen, um sehr effizient Luft und gleichzeitig auch Oberflächen von Viren, Bakterien, Hefe- und Pilzsporen, Pollen, Mikroorganismen sowie von vielen weiteren Schad- und Geruchsstoffen zu befreien. Wie arbeitet das zugehörige technische Verfahren?

Expertise des Dänischen Technologischen Instituts

Um Ozon zu erzeugen, werden in Lüftungsgeräten spezielle UV-C-Lampen eingesetzt, die eine Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 bis 200 nm erzeugen. Diese Strahlung hat die Eigenschaft, die Sauerstoffatome der ins Gerät angesaugten Luft in Ozon umzuwandeln. Ein Beispiel für ein solches Ozon-basiertes, kompaktes Luftreinigungsgerät zum Betrieb in Wohn- und Arbeitsräumen ist der „MAC500s“ des auf Luft- und Flächenreinigungssysteme spezialisierten dänischen Unternehmens Jimco A/S. Hier erfolgt die Wirkung zur schnellen und sicheren Abtötung und Neutralisierung von Viren, Bakterien, Hefe- und Pilzsporen, Pollen, Mikroorganismen sowie von vielen weiteren Schad- und Geruchsstoffen aus der Luft und somit zu einer erheblichen Verringerung eines Infektionsrisikos auf der keimtötenden Wirkung von UV-C-Strahlung mit zwei verschiedenen Wellenlängen und dem dabei erzeugten Ozon. Ein leise arbeitender Ventilator saugt einen Luftvolumenstrom bis 40 m³/h in das nur 31 x 9 x 9 cm große Gerät. Danach durchströmt die Luft eine abgeschirmte UV-C-Einheit mit einer Strahlungsleistung von lediglich 8 W. Die abtötende Wirkung zum Beispiel gegenüber Covid-Viren erfolgt dann durch die Kombination der im Gerät erzeugten UV-C-Strahlen und dem erzeugten Ozon. Dazu bestätigt eine aktuelle, aufwändige Expertise des Dänischen Technologischen Instituts von September 2020 die sehr gute Wirkung des MAC500s zur Abtötung von Viren und dessen sicheren Betrieb auch in personenbesetzten Räumen. Die Untersuchungen wurden in einem 20 m³ großen, luftdichten Prüfraum bei Temperaturen von rund 22 °C und einer relativen Feuchte von etwa 60 % durchgeführt.

Versuchsanordnung Raumlüftung Jimco
Im September 2020 hat das Dänische Technologische Institut die Wirksamkeit und die gesundheitliche Unbedenklichkeit des Verfahrens eindeutig bestätigt. Der Prüfaufbau zum Test des MAC500s: 1 = MAC500s, 2 = Zerstäuber, 3 = Umluftventilator, 4 = Probenahme. (Abb. © Jimco A/S)

Nach der Freisetzung der Testsubstanz (Bakteriophagen-Aerosole), die der Größe von Covid-Aerosolen entsprechen, und einer homogenen Vermischung der Testaerosole im Prüfraum wurde der Luftreiniger MAC500s angeschaltet. Die Messungen zu den Konzentrationen des Testaerosols in der Raumluft erfolgten über eine Dauer von zwei Stunden und zeigten zusammengefasst folgende Ergebnisse:
Bereits nach einer Stunde Betriebszeit des MAC500s wurde im Prüfraum eine Verringerung der Bakterienkonzentration in der Raumluft um 89 % festgestellt, nach zwei Stunden um 99 %. Dabei lag die Konzentration von Ozon in der Raumluft zu jeder Zeit stets deutlich unter dem Grenzwert von 0,1 ppm – wie an einem Sonnenscheintag an der freien Luft – und kann somit keine gesundheitliche Gefährdung hervorrufen.

So arbeitet der MAC500s

Bei Nennbedingungen beträgt die gesamte Leistungsaufnahme des MAC500s lediglich 25 W. Die im MAC500s verbaute, speziell von Jimco entwickelte UV-C-Einheit, hat eine Betriebsdauer von 8.000 h und kann nach dieser Zeit einfach ausgetauscht werden. Jedes Gerät kann ein Raumvolumen von etwa 60 m³ desinfizieren. Bei größeren Räumen können mehrere MAC500s eingesetzt und betrieben werden. Jimco empfiehlt den Betrieb des Geräts prinzipiell in allen personenbesetzten Räumen, besonders in Wohnräumen, Schulen, Kitas, Horten, Pflegeheimen, Altersheimen, in allen Arten von Büros und Besprechungsräumen, Restaurants, Praxen, Kinos und in vielen weiteren Anwendungen. Besonders gut eignet sich der MAC500s auch für Allergiker und Asthmatiker, denn es werden auch alle Pollen aus der Raumluft abgeschieden.

Abschließend noch ein wichtiger Hinweis: Neben dem zuvor beschriebenen und im MAC500s eingesetzten Verfahren zur Ozonerzeugung auf Basis von UV-C-Strahlen kann Ozon auch erzeugt werden, indem Luft durch ein elektrisches Hochspannungsfeld strömt. Dieses Verfahren hat aber den erheblichen Nachteil, dass dabei unerwünschte Stickoxidverbindungen (NOx) entstehen, die sich negativ auf die Gesundheit auswirken können.

Der Beitrag wurde von Jimmy Larsen, Geschäftsführer Jimco A/S für cci Wissensportal erstellt (www.jimco.de).

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