wissenschaft 5·21 M.
wissenschaft 5·21 M. Eng. Johannes Knaus, Dr. Petra Vatter, Prof. Dr. Martin Hessling Wirkung und Test von UVC-Luftdesinfektionssystemen Untersuchung an TH Ulm belegt Effizienz der Technik – Surrogate für Viren & Bakterien Im Juni 2020 kam es in einem Schlachthof in der Nähe von Gütersloh zu einer der größten Coronavirus-Masseninfektionen in Deutschland mit über 1000 infizierten Personen. Der Betrieb musste stillgelegt werden, bis effektive Maßnahmen zur Luftdesinfektion installiert waren. Die tatsächliche Wirkung von Luftdesinfektionssystemen für Lebensmittelunternehmen und andere Einrichtungen ist seit Beginn der Corona-Pandemie ein viel diskutiertes Thema. Hersteller von entsprechenden Geräten können die erhoffte Reduktion von luftgetragenen Viren und Bakterien schon aus Sicherheitsgründen nicht selbst ermitteln. Geeignete Dienstleister, die über Labore mit der notwendigen Schutzstufe verfügen, sind nicht zahlreich und schrecken vor der Verneblung von Pathogenen in ihren Laboren auch eher zurück. Die Verwendung von nicht-pathogenen Surrogaten für Viren und Bakterien ist eine mögliche und sinnvolle Alternative, die an der Technischen Hochschule Ulm untersucht und hier an einem UVC-Luftdesinfektionssystem vorgestellt wird. Hintergründe zur Luftdesinfektion Es gibt Infektionserreger, die überwiegend über die Luft übertragen werden. Bis 2019 waren Tuberkulose und Grippe die in dieser Hinsicht bedeutendsten Erkrankungen mit ca. 1,5 Millionen bzw. ungefähr 500 000 jährlichen Todesopfern weltweit. Seit Beginn der Corona-Epidemie Ende 2019 in China ist mit dem SARS-CoV-2-Coronavirus ein noch bedeutenderer Erreger in Erscheinung getreten, der mit ca. 5 Millionen Opfern innerhalb von zwei Jahren die Welt buchstäblich „in Atem hält“. Infizierte atmen die Coronaviren in Form von Tröpfchen und Aerosolen aus und andere Menschen in der näheren Umgebung, z.B. in Büro, Bus, U-Bahn, Aufzug oder Klassenzimmer, atmen diese ein und infizieren sich. Auch Masken bieten dagegen keinen 100-prozentigen Schutz. Mit Luftdesinfektionssystemen kann die Keimbelastung in abgeschlossenen Räumen und damit auch die Ansteckungsgefahr deutlich reduziert werden. Eine Möglichkeit, das zu erreichen, ist die Verwendung von physikalischen Filter-Systemen, die in der Lage sind, kleine Partikel wie Coronaviren mit einem Abb. 1: links: Typisches DNS-/RNS-Absorptionsspektrum und Emissionsspektrum einer Niederdruck-Quecksilberdampflampe; rechts: beispielhafte Darstellung einer DNS-Schädigung durch UVC-Strahlung. Durchmesser von nur ca. 150 nm effektiv zurückzuhalten. Aber auch andere Viren, Bakterien und Pilze verbleiben im Schwebstofffilter, genauso wie Staubpartikel aus der Luft, was auf Dauer dazu führt, dass der Filter regelmäßig ausgetauscht und fachgerecht entsorgt werden muss. UVC-Strahlungsdosen Die Desinfektion mit UVC- Strahlung ist eine Alternative zur Vermeidung der Verbreitung von luftgetragenen Krankheitserregern. UVC ist ultraviolettes Licht im Spektralbereich 200-280 nm. Als Strahlungsquellen werden bisher meist Quecksilberdampflampen verwendet, die das Maximum ihrer Emission bei 254 nm aufweisen. Diese Wellenlänge liegt nahe der maximalen Absorption von DNS und RNS (Desoxyribonuklein- 14 www.hygiene-report-magazin.de
november wissenschaft säure und Ribonukleinsäure), den „biologischen Datenträgern“ von Bakterien, Viren und Pilzen, auf denen alle Erbinformationen in Form eines Codes aus vier möglichen Basen gespeichert sind, so ähnlich wie dies in Computern durch Nullen und Einsen realisiert ist. Bei der Absorption von UVC-Strahlung durch DNS oder RNS werden diese Erbinformationen teilweise zerstört und führen zur Inaktivierung des Mikroorganismus oder Virus (Abb. 1). UVC-Strahlung zeigt eine sehr starke Wirkung gegen mikrobiologische Krankheitserreger. Die bisher ermittelten UVC-Empfindlichkeiten verschiedener Mikroorganismen können sehr unterschiedlich sein und auch noch von Umgebungsbedingungen abhängen, aber bereits ca. 5 mJ/cm 2 reichen aus, um Corona- und Grippeviren oder auch das Mycobacterium tuberculosis um mindestens 90 % zu reduzieren. Bereits 10 mJ/cm 2 genügen für eine 99-prozentige und 15 mJ/cm 2 für eine Reduktion um mindestens 99,9 %. Zur Veranschaulichung: Diese Bestrahlungsdosen sind das Produkt aus Bestrahlungsstärke Abb. 2: Die potenziell mit Krankheitserregern belastete Luft gelangt ins UVC- Luftdesinfektionssystem, in welcher die Krankheitserreger mit ultraviolettem Licht bestrahlt und weitgehend inaktiviert werden sollen. und Zeit. Eine Bestrahlungsdosis von 5 mJ/cm 2 lässt sich daher z.B. innerhalb von 5 s erreichen, wenn die Bestrahlungsstärke 1 mW/cm 2 beträgt. Liegt die Bestrahlungsstärke aber z.B. bei 10 mW/cm 2 , reichen 0,5 s, um die 90 %-Reduktionsdosis zu erreichen. Aus technischer Sicht wäre es möglich, einen Raum, z.B. durch UVC-Strahlungsquellen an der Decke, innerhalb von Sekunden praktisch virusfrei zu bekommen. Leider ist das trotzdem nicht sinnvoll, weil die Strahlung nicht nur die unerwünschten Krankheitserreger schädigen würde, sondern auch menschliche Zellen. Tatsächlich gibt es Ansätze, bei denen gezielt nur die oberen Bereiche von Räumen mit UVC-Licht bestrahlt werden, in der Hoffnung, dass die Luft im Raum zirkuliert und immer wieder Erreger in die bestrahlten Bereiche transportiert, wo sie dann inaktiviert werden. Diese Technik ist aber immer mit der Befürchtung verbunden, dass es im Falle eines Unfalls zu einer unbemerkten Bestrahlung von Menschen mit möglichen negativen Langzeitfolgen kommen kann. Das begrenzt die Anwendungen dieses Ansatzes. Anforderungen an ein UVC-Luftdesinfektionssystem Sicherer in der Anwendung sind Luftdesinfektionssysteme, in denen die UVC-Quelle in einem abgeschlossenen Gehäuse untergebracht ist, so dass keine Strahlung nach außen dringt. Die zu desinfizierende Luft strömt aktiv durch das Luftdesinfektionssystem (Abb. 2), wenn möglich in unmittelbarer Nähe zur Lampe, um möglichst hohe Bestrahlungsstärken zu erreichen. Diese hohen Bestrahlungsstärken sind notwendig, da die Luft schnell durch das UVC- System strömen soll – in der Regel in einer Zeitspanne unter 1 s – und dabei trotzdem einer Bestrahlungsdosis von mehreren mJ/cm 2 ausgesetzt sein. Festgelegte Bestrahlungsdosen oder Virus-Reduktionsanforderungen pro Durchströmung gibt es nicht und wären auch PROFINET-Diagnose-Switch „Warnung vor dem Ausfall“ Online Leitungsüberwachung EMV–Monitoring Hohe Performance Class 100 Mbit/s / 2,5 Gbit/s Intelligenz in Automation Bedarf und Zuverlässigkeit im Einklang ÜBERZEUGEN SIE SICH SELBST Jetzt anfordern und testen! www.indu-sol.com/promesh Indu-Sol – Ihr Netzwerkdienstleister 15
