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In der Coronazeit sind virale Infektionskrankheiten ins Zentrum unserer Aufmerksamkeit getreten. Wie können wir ansteckende Erkrankungen bekämpfen? Eine Möglichkeit wäre, umherschwebende Krankheitserreger durch einen Luftfilter, der unter Umständen mit zusätzlicher UV-Strahlung ausgerüstet ist, zu bekämpfen.
Auf welchem Prinzip beruht die Gefahrenminimierung mittels UV zuhause?
UV-Strahlung ist bekanntlich eine energiereiche elektromagnetische Schwingung. Diese Energie können wir uns zu nutze machen um unliebsame Keime wie z. B. Viren abzutöten.
Krankmachende Keime (Bakterien, Viren, Pilze oder Einzeller) besitzen alle ein Erbgut, dass durch UV-Strahlung zerstört werden kann. Hier wirken die selben Mechanismen wie in unserer Haut. Die chemischen Bindungen im Erbgut (DNA oder RNA) werden unterbrochen bzw. danach falsch „zusammengeflickt“. Somit ist der Informationsfluss in der Zelle gestört, das System bricht zusammen.
Folglich nutzen wir schon seit langem die UVC-Strahlung (im Wellenlängenbereich 200 – 300 nm) zur Entkeimung. Sie ist:
- Sehr effizient. Bei richtiger Anwendung tötet sie 99,9% der Keime.
- Umweltfreundlich, da sie keine Rückstände hinterlässt.
- Wiederholt anwendbar, da sie keine Resistenzen erzeugt.
UV-Strahlung zur Desinfektion – bisherige Einsatzgebiete:
Trinkwasser: Seit vielen Jahren wird UV-Strahlung zur rückstandslosen Desinfektion von Trinkwasser eingesetzt.
Fischhaltung: In überbesetzten Fischteichen oder in Aquarien mit Algenplage lässt man das verschmutzte Wasser an einer UV-Lampe vorbei fließen. Bei der Passage durch die Lampe werden die Mikroorganismen abgetötet und das Wasser fließt ansonsten chemisch unverändert zu den Fischen zurück.
Abwasserreinigung: Auch hier kommt die UV-Strahlung rückstandslos und umweltfreundlich zum Einsatz. In Kombination mit Wasserstoffperoxid können auch chemische Schadstoffe wie Pestizide oder Pharmazeutika unschädlich gemacht werden.
Sterilisation: In Medizin und Forschung wird UV-Strahlung zur Sterilisation von Oberflächen und der Raumluft verwendet. Allerdings muss dann sichergestellt sein, dass evtl. anwesende höhere Lebewesen wie Mensch, Tier oder Pflanze dabei nicht mit bestrahlt werden. UV-Strahler, integriert in Lüftungssysteme öffentlicher Räume, können keimfreie Luft in den Raum strömen lassen.
UV-Lampen oder HEPA-Filter?
UV-Strahler oder HEPA-Filter arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien.
UVC zerstört das Erbmaterial von Mikroorgansimen und macht somit ihre Vermehrung unmöglich.
HEPA-Filter halten je nach gewählter Porengröße Partikel zurück, seien sie nun lebend oder tot.
Beide Prinzipien können in Luftfilteranlagen bzw. Klimaanlagen eingesetzt werden, um die Virenlast der Luftsäule zu reduzieren.
Zu beachten ist, dass UVC-Lampen eine beschränkte Lebensdauer haben. Ihre Leistung lässt, für unser Auge leider unsichtbar, kontinuierlich nach. Nach ca. 8000 – 16 000 Stunden Brenndauer, je nach Lampentyp, wird gar kein UVC mehr emittiert, obwohl die Lampe noch im sichtbaren Licht leuchtet. Deshalb müssen sie gemäß der angegebenen Betriebsdauer ausgetauscht werden.
HEPA-Filter werden seit Jahren in OP-Sälen oder Reinräumen eingesetzt. Diese Filter müssen jedoch regelmäßig gereinigt bzw. erneuert werden. Ansonsten lässt die Filterleistung nach. Bei starker Verschmutzung können die herausgefilterten Stoffe auch wieder abgegeben werden. Eine sichere und effiziente Anwendung erfordert deshalb auch im privaten Bereich eine regelmäßige Kontrolle und Wartung.
Professionelle Hochleistungsfilteranlagen wälzen die Raumluft mehrfach pro Stunde um. So können sie z. B. in Klassenräumen effizient und geräuscharm zur Reduzierung der Virenlast eingesetzt werden1. Leider sind sie teuer.
Wasserstoffperoxid oder Ozon können ebenfalls zur Desinfektion der Raumluft eingesetzt werden. Da sie gesundheitsschädlich sind, können sie nur in Abwesenheit der Menschen in den Raum eingebracht werden.
UVC Strahlung gegen Viren wie z. B. COVID-19
Virenbelastete Aerosole entstehen beim Sprechen, Niesen oder Ausatmen. In Abhängigkeit von ihrer Größe sinken die Tröpfchen entweder schnell zu Boden oder schweben minutenlang in der Luft. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftbewegung beeinflussen ebenfalls das Verhalten der Aerosole. COVID-19 wird hauptsächlich über Aerosole übertragen.
Aber auch kontaminierte Oberflächen tragen zum Infektionsgeschehen bei. Oberflächen, die häufig oder von vielen Menschen benutzt werden, wie z. B. Türklinken, Haltegriffe im Bus oder Tasten im Aufzug sind potentielle Infektionsquellen. COVID-19 kann hier, je nach Bedingungen, Stunden bis Tage infektiös sein2.
UV-Strahlung kann auch gegen COVID-19 effizient und kostengünstig zum Einsatz gebracht werden. Wenige Sekunden einer UVC-Bestrahlung reichen aus, damit eine Infektiosität nicht mehr nachweisbar ist3.
Die Effizienz der Vireninaktivierung ist dabei abhängig von der Bestrahlungsdosis (Produkt aus Bestrahlungsintensität und Bestrahlungszeit) und dem Medium (z. B. Luft, Wasser, Schleim) in dem sich die Viren aufhalten4.
Die bekannten Maßnahmen um die Ansteckungsgefahr zu reduzieren
Händewäschen und Masken über Nase u Mund reduzieren die Virenlast. Aber diese Maßnahmen kommen an ihre Grenzen je enger der Raum (Aufzug, Toilette) bzw. je mehr Menschen ein Büro oder die Kantine bevölkern.
Soziale Distanzierung geht meist mit massiven ökonomischen und zwischenmenschlichen Einbußen ( z. B. Arbeitsplatz oder Schule geschlossen) einher.
Ausgiebiges Lüften kann die Virenlast ebenfalls effizient reduzieren. Eignet sich aber nicht für jedes Klima und für jede Jahreszeit.
Aufenthalt an der frischen Luft ist für die meisten von uns nur während der Freizeit möglich und zur kalten Jahreszeit nur kurzzeitig attraktiv.
Einsatzmöglichkeiten von UVC gegen COVID-19
Die Behandlung der Luftsäule und der Oberflächen durch UVC Bestrahlung ist eine zusätzliche Möglichkeit die Virenlast zu reduzieren. Insbesondere in Räumen, in denen die Luft bereits durch eine Belüftungsanlage/Klimaanlage umgewälzt wird, kann eine zusätzliche UVC Lampe im Klimagerät den Luftstrom, ohne Gefahr für anwesende Personen, desinfizieren.
Auch eine direkte Bestrahlung von kleinen Räumen in Abwesenheit von Menschen z. B. Aufzug, Toiletten ist vorstellbar.
Die gezielte Bestrahlung von Tastaturen z. B. in Aufzügen, wenn sie gerade nicht benutzt werden, ist ebenfalls technisch umsetzbar5.
Soll man ein Luftreinigungsgerät mit integrierter UV-Lampe oder HEPA-Filter zuhause installieren?
Was am Arbeitsplatz oder in öffentlichen Räumen sinnvoll eingesetzt werden kann, gilt für den Privathaushalt nur eingeschränkt.
Zu bedenken ist:
- Die Umwälzungsleistung des Raumlüfters ist entscheiden. Das gesamte Luftvolumen muss mehrfach pro Stunde umgewälzt werden.
- Die Leistung des Raumlüfters muss zur Raumgröße und zur Zahl der anwesenden Personen passen.
- Der Lüfter muss so platziert werden, dass keine „toten Ecken“ entstehen und niemand in der Zugluft sitzt.
- Jeder Raum in dem sich mehrere Menschen aufhalten braucht einen Lüfter. Man muss den mobilen Lüfter also durch die Wohnung schieben.
- Bekommt man Besuch, gelten immer noch die AHA-Regeln, da bei nahem Kontakt auch ein Raumlüfter eine Infektion nicht sicher verhindern kann.
- Gegen kontaminierte Oberflächen nützt kein Raumlüfter, sondern nur abwischen.
- Solche Raumlüfter mit der notwendigen Leistung und geringer Geräuschbelästigung haben einen entsprechenden Preis.
- Auch der beste Raumlüfter ersetzt das regelmäßige Lüften nicht.
- Die HEPA-Filtermembran muss regelmäßig „gepflegt“ und die UV-Lampe hat eine beschränkte Lebensdauer.
Die Verbraucherzentrale (www.verbraucherzentrale.de) empfiehlt einen Raumlüfter deshalb bestenfalls als eine Zusatzmöglichkeit.
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Literatur
1. NDR. Coronavirus: Was bringen Luftfilter an Schulen? /ratgeber/verbraucher/Coronavirus-Was-bringen-Luftfilter-an-Schulen,luftfilter100.html.
2. van Doremalen, N. et al. Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. N. Engl. J. Med. 382, 1564–1567 (2020).
3. Storm, N. et al. Rapid and complete inactivation of SARS-CoV-2 by ultraviolet-C irradiation. Sci. Rep. 10, 22421 (2020).
4. Kowalski, W. Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. (Springer Science & Business Media, 2010).
5. Back to Normal: An Old Physics Route to Reduce SARS-CoV-2 Transmission in Indoor Spaces | ACS Nano. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c04596.
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