MainzDie Max-Planck-Gesellschaft ist dafür bekannt, dass sie Forschern viel Freiheit gewährt, um grundlegenden wissenschaftlichen Fragen nachzugehen. Ganz offensichtlich bewährt sich diese Freiheit aber auch für aktuelle lebensnahe Probleme. Das zeigt die geniale Initiative des Physikers Frank Helleis, der am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz für den Bereich Instrumentenentwicklung und Elektronik tätig ist. Er hat eine Lüftungsanlage konstruiert, die sich einfach und kostengünstig nachbauen lässt und zum Beispiel in Schulen gute Dienste in Zeiten von Corona leisten könnte.

Wie das Mainzer Institut berichtet, sind für eine solche Anlage Materialien aus dem Baumarkt im Wert von etwa 200 Euro notwendig. Das Prinzip: Jeder Mensch produziert warme Luft, die nach oben steigt. Richtet man diesen Luftstrom nach draußen, nimmt er Aerosolpartikel und mögliche Coronaviren mit sich.

Die Konstruktion ist schlicht: Über jedem Tisch hängt in Deckenhöhe ein breiter Schirm, der mit einem Rohr verbunden ist. Alle Rohre führen in ein zentrales Rohr, das durch ein gekipptes Fenster nach draußen führt. Ein Ventilator am Ende des Rohrs sorgt dafür, dass die Luft aktiv nach außen transportiert wird.

Detailaufnahme des Abluftsystems in der Gesamtschule Mainz-Bretzenheim.
Foto: Elena Klimach

Praktisch für dieses Projekt war offenbar auch, dass Helleis mit einer Lehrerin verheiratet ist. Sie vermittelte – und so entstand an der Integrierten Gesamtschule Mainz-Bretzenheim schnell ein Prototyp, den Helleis mit seinen Kollegen bereits im Sommer in einem Klassenraum montierte und seit dieser Zeit testet.

„Unsere Messungen haben gezeigt, dass das Abluftsystem mit den Hauben über 90 Prozent der Aerosole kontinuierlich entfernt“, sagt Helleis. Zwar funktioniere die simple Anlage auch ohne die trichterförmigen Hauben über den einzelnen Tischen, diese sammeln die Aerosole dort aber gezielt ein, wie der Physiker mit Aerosolspektrometern und künstlich erzeugten Aerosolen nachgewiesen hat.

Helleis sieht die Anlage wegen der geringen Material- und Betriebskosten als clevere Alternative zum Stoßlüften und zu teuren Filteranlagen. Da zudem die Anforderungen an den Raum niedrig sind – benötigt werden lediglich eine Steckdose und ein kippbares Fenster oder Oberlicht –, sei das modulare System beispielsweise auch für Turnhallen geeignet.

In Kürze wollen die Forscher auf ihrer Website eine Bauanleitung für die Anlage zur Verfügung stellen, Vorbestellungen sind bereits möglich. Parallel dazu stehen sie in Kontakt mit Unternehmen, die einzelne Formteile für die Konstruktion fertigen könnten – das würde den Nachbau noch leichter machen. An der Gesamtschule in Mainz-Bretzenheim sollen in den kommenden Wochen nun möglichst viele Unterrichtsräume mit der tatkräftigen Hilfe der gesamten Schulgemeinschaft mit Lüftungsanlagen ausgestattet werden. Und im rheinland-pfälzischen Bildungsministerium prüft man bereits, ob die Anlage auch an weiteren Schulen eingesetzt werden kann.

Mobile Geräte im Test

Wer eher für Kaufen als für Eigenbau ist, muss in der Regel ein paar Tausend Euro investieren, wenn er einen mobilen Luftreiniger anschaffen will. Die Hersteller versprechen, dass die Geräte infektiöse Aerosole aus der Raumluft fast vollständig herausfiltern. Forscher der Goethe-Universität Frankfurt haben die Probe aufs Exempel gemacht. Joachim Curtius, Professor für Experimentelle Atmosphärenforschung, stellte mit seinem Team eine Woche lang vier Luftreiniger in einer Schulklasse mit Lehrern und 27 Schülern auf. Die Luftreiniger verfügten über einen einfachen Vorfilter für groben Staub und Flusen sowie über einen Hepa-Filter der Klasse H13 sowie einen Aktivkohlefilter.

Das Fazit: Bestimmte Luftreiniger können die Aerosol-Konzentration in einem Klassenzimmer in einer halben Stunde um 90 Prozent senken. „Ein Luftreiniger reduziert die Menge an Aerosolen so stark, dass in einem geschlossenen Raum auch die Ansteckungsgefahr durch eine hoch infektiöse Person, einen Superspreader, sehr deutlich reduziert würde“, bilanzierte Curtius nach einer Modellrechnung auf Basis der Messdaten.

Auf die Filterklassen achten

Zu einem ähnlichen Ergebnis kam die Universität der Bundeswehr München. Das Team um Christian Kähler vom Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik hat Raumluftreiniger mit großem Volumenstrom und hochwertigen Filtern der Klasse H14 getestet. Das Gerät verfügte demnach über eine Filterkombination, die gewährleistet, dass Aerosolpartikel mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,3 Mikrometer (Millionstel Meter) zu 99,995 Prozent aus der Raumluft abgeschieden werden.

„Die Ergebnisse zeigen, dass die Aerosol-Konzentration in einem Raum mit einer Größe von 80 Quadratmetern innerhalb kurzer Zeit überall auf ein geringes Maß reduziert werden kann“, schreiben die Autoren der Analyse. Sie seien eine sehr sinnvolle technische Lösung, um die Infektionsgefahr durch Aerosole stark zu verringern.

Wer sich mit dem Gedanken trägt, ein solches Gerät anzuschaffen, muss allerdings genau hinschauen. „Es existieren verschiedene Filterklassen“, erklärt Martin Kriegel, Aerosolforscher und Leiter des Hermann-Rietschel-Instituts der Technischen Universität Berlin. „Klassisch sind in Lüftungsanlagen Feinstaubfilter verbaut, die etwa 50 Prozent der Aerosole abscheiden“, sagt er. Hochwertigere Filter – Kriegel nennt H13, H14 oder ULPA – arbeiten seiner Ansicht nach so gut, dass die gefilterte Luft als partikelfrei gilt.

Umweltbundesamt rät eher zu konventionellem Lüften

Muss dann gar nicht mehr gelüftet werden? Beim Umweltbundesamt sieht man das gesamte Lüftungsthema kritischer. So rät die Innenraumlufthygiene-Kommission des Amts zu klassischem Lüften: „Eine möglichst hohe Frischluftzufuhr ist eine der wirksamsten Methoden, potenziell virushaltige Aerosole aus Innenräumen zu entfernen“, heißt es in einer ausführlichen Stellungnahme. Mobile Luftreiniger in Klassenräumen oder zu Hause könnten das aktive Lüften nicht ersetzen, sondern „allenfalls in Einzelfällen flankieren“.

Auch die Verbraucherzentralen warnen davor, den Versprechen von Herstellern blind zu vertrauen. Man könne beim Kauf viel falsch machen. So müsse zum Beispiel die Reinigungsleistung zur Raumgröße und zur Personenzahl passen, die Filter müssten regelmäßig gewechselt werden. Manche Hersteller werben neben der Filterleistung mit zusätzlichen Maßnahmen gegen Viren, etwa Ozon oder UV-Licht. Das Umweltbundesamt rät von solchen Geräten „aus gesundheitlichen ebenso wie aus Sicherheitsgründen“ ab.

Neue Technologien

Zwar kann das Sars-CoV-2-Virus mit ultraviolettem Licht inaktiviert werden – das zeigt unter anderem eine Studie der Universitätsmedizin Essen. Mit UV-C-Lampen kann beispielsweise medizinische Ausrüstung dekontaminiert werden. Doch das Bundesamt für Strahlenschutz warnt: „Da UV-Strahlung Haut und Augen schädigen kann und nachgewiesenermaßen krebserregend ist, sollten UV-C-Desinfektionsgeräte grundsätzlich nur so angewandt werden, dass keine Menschen der Strahlung ausgesetzt sind.“

Unterdessen wird weiter nach alternativen Reinigungstechniken gesucht. So arbeiten zum Beispiel zwei Fraunhofer-Institute – und zwar das für Keramische Technologien und Systeme in Dresden sowie das für Toxikologie und Experimentelle Medizin in Hannover – an einem neuen System, das die Luft in geschlossenen Räumen desinfiziert. Bei der sogenannten elektrochemischen Totaloxidation werden organische Substanzen wie Viren vollständig zerstört. „Nach erfolgreicher Entwicklung eines Prototyps“, heißt es auf der Website, solle bald möglichst die Markteinführung vorangetrieben werden. Fraunhofer-Institute sind bekannt für ihre anwendungsorientierte Forschung. Viel Grund zur Hoffnung also, dass es noch vor Ende der Pandemie weitere smarte Lösungen zur Luftreinigung gibt.