Holzminden (r). Luftfilter für Klassenräume, Hörsäle oder Restaurants sind immer wieder im Gespräch, wenn es darum geht, weitere Lockdown-Maßnahmen im Rahmen der COVID-19-Pandemie zu verhindern. Doch nur, wenn Luftreinigungsgeräte richtig eingesetzt und gewartet werden, können sie auch einen Schutz bieten. Wie unterschiedliche Filter und Raumluftkonzepte wirken, will nun ein Team von Wissenschaftler*innen der HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) untersuchen. Der Innovationsverbund mit drei Teilprojekten wird durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) mit 0,7 Millionen Euro gefördert.
Um Krankheitserreger aus der Raumluft zu entfernen, ist Lüften das Mittel der ersten Wahl. Doch besonders im Winter können viele Räume nicht effektiv gelüftet werden. In diesen Fällen könnten technische Mittel zur Luftreinigung helfen, Ansteckungen zu verhindern. Im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie werden bereits an vielen Stellen unterschiedliche Raumluftfilter genutzt. Doch das Betreiben einer Luftfilteranlage, zum Beispiel in einem voll besetzten Klassenraum, kann allein nicht unbedingt Infektionen verhindern. Unterschiedliche Filterkombinationen, zusätzliche Ventilatoren, Frischluftzufuhr und die Wartung der Anlagen können die Wirkung beeinflussen. HAWK, UMG und MPIDS haben sich im Innovationsverbund zur Prävention aerogener Infektionen (PraeInfekt) zusammengeschlossen, um auf Grundlage dieser Faktoren konkrete Empfehlungen für Raumluftkonzepte zu erarbeiten. In drei Teilprojekten werden Filtertechnologien, Aerosoldynamik und Keimbelastungen in einem gemeinsamen Modellraum untersucht.
Prof. Dr. Wolfgang Viöl, Vizepräsident für Forschung und Transfer und Leiter des Forschungsschwerpunktes Laser- und Plasmatechnologie an der HAWK, verantwortet das Teilprojekt Filtertechnik. „In modernen raumlufttechnischen Anlagen werden verschiedene Filterarten miteinander kombiniert“, erklärt er. Das könnten zum Beispiel Partikelfilter, Plasmafilter oder Aktivkohlefilter sein. „Wir wollen herausfinden, wie eine optimale Anordnung der einzelnen Filter aussehen könnte.“ Dabei komme es unter anderem auf die mikrobielle Last und die Strömungswiderstände der Filter an. „Wir vermuten zum Beispiel, dass sich Plasmafilter positiv auf die mikrobielle Last bei Partikelfiltern auswirken“, so Viöl. Das senke auch die Ansteckungsgefahr bei der Wartung. Außerdem soll die Alterung von Aktivkohlefiltern untersucht werden, um Wartungsintervalle zu bestimmen. Beim Aufbau der verschiedenen Raumluftfilter im Modellraum werden die Forschenden der HAWK durch den Kooperationspartner PlasmaComplete unterstützt. Weitere Kooperationspartner in dem Teilprojekt sind die Städte Moringen und Göttingen sowie das Otto-Hahn-Gymnasium Göttingen.
Dass virenhaltige Aerosole für Infektionen verantwortlich sein können, ist allgemein bekannt. Wie sich Aerosole aber unter Einfluss von technischen Anlagen in einem Raum ausbreiten, soll im Teilprojekt Aerosoldynamik untersucht werden. Unter der Leitung von Prof. Dr. Dr. h.c. Eberhard Bodenschatz erforschen Wissenschaftler*innen des MPIDS den Aerosoltransport in Räumen und die aerodynamischen Eigenschaften von Luftfiltern. „Durch die gewonnenen Daten werden wir noch besser als zuvor ein individuelles Infektionsrisiko für einzelne Personen in einem geschlossenen Raum berechnen können“, beschreibt Bodenschatz. Um die Luftbewegungen im Modellraum genau erfassen zu können, entwickeln die Forschenden ein sogenanntes Sensorod-Mesh, ein Gitter aus Feinstaubsensoren, die mit Druck-, Feuchte-, Geschwindigkeits- und Temperatursensoren ergänzt werden. Mit diesem Gitter soll der gesamte Modellraum dreidimensional erfasst werden. „Nach der Untersuchung im Modellraum wollen wir das Sensorod-Mesh auch in anderen Räumen wie Klassenzimmern einsetzen“, so Bodenschatz. Dazu kooperiert das MPIDS mit dem Felix-Klein-Gymnasium Göttingen und der Stadt Göttingen.
Um herauszufinden, wie sich Raumluftkonzepte auf die Erregerbelastung in der Luft auswirken und was das tatsächlich für die Infektionsreduktion beim Menschen bedeuten könnte, beteiligt sich die UMG mit dem Teilprojekt Keimbelastungsanalytik, das von Prof. Dr. Simone Scheithauer, Direktorin des Instituts für Krankenhaushygiene und Infektiologie, geleitet wird. „Wir nutzen den Modellraum zunächst, um die Stabilität und Infektionsfähigkeit von Mikroorganismen unter definierten Bedingungen zu untersuchen“, erläutert Scheithauer. Dazu werden Mikroorganismen im Raum vernebelt und anschließend die Erregermenge in Luftproben bestimmt. Im Anschluss könne dann die Wirksamkeit von Raumluftfiltern und Deckenventilatoren bestimmt werden, schildert Scheithauer. „Wir möchten so ein wissenschaftliches Verständnis zur tatsächlichen Erregerbelastung der Luft und zur antimikrobiellen Wirksamkeit der Anlagen gewinnen.“
Die Erkenntnisse der drei Teilprojekte sollen in Zukunft Entscheidungsträger*innen dabei unterstützen, passende Raumluftkonzepte für verschiedene Räume zu entwickeln und so Infektionsketten zu verhindern. Der Innovationsverbund PraeInfekt ist auf 18 Monate angelegt und wird im Rahmen des Wettbewerbs „Gesundheitswirtschaft vor den Herausforderungen der SARS-CoV-2-Pandemie: innovative und anwendungsorientierte Lösungsansätze in Forschung und Entwicklung für Prävention, Diagnose und Analyse zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten“ durch das MWK über das EFRE-Programm gefördert.
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