Teil 3: Luftreinigung – wenn Lüften nicht genügt

Aktivkohle kann aber auch durch Reduktion Oxidationsmittel wie Ozon (O3) und Chlor (Cl) aus der Luft entfernen. Aus der Reaktionsgleichung

2O3 + C → 2O2 + CO2 (1)

geht hervor, dass 2 Ozonmoleküle und ein Kohlenstoffatom in 2 Sauerstoffmoleküle und ein Kohlendioxidmolekül übergehen. Es wird also ein Teil des Kohlenstoffs durch Umwandlung in Kohlenstoffdioxid verbraucht und steht damit nicht mehr als Aktivkohle zur Verfügung, wodurch ebenfalls die Wirksamkeit der Aktivkohle abnimmt.

Aktivkohleluftfilter bestehen meist aus mehreren Lagen von Aktivkohlematten. Damit sich ein Aktivkohlefilter nicht zu schnell mit Staub zusetzt, wird ihm auf der Anströmseite meist ein Vorfilter vorgeschaltet, der leicht ausgetauscht oder gereinigt werden kann. So wird die Gebrauchsdauer der Aktivkohlematten deutlich gesteigert.

Eine weitere Steigerung der gefilterten Luft ist durch die Kaskadierung eines Aktivkohle- und eines HEPA-Filterabschnitts möglich. Damit sind die meisten Luftschadstoffe bis zu 0,3 μm Durchmesser zu 99,98 % eliminiert.

Elektrostatische Filter

Elektrostatische Filter beruhen darauf, dass zwei gegensätzlich geladene Objekte eine Anziehungskraft aufeinander ausüben. Im elektrostatischen Filter werden die Partikel im beladenen Luftstrom durch Abtrennen von Elektronen zunächst positiv ionisiert, um dann beim Passieren negativ geladener Platten sich an diesen anzulagern. Demzufolge bestehen elektrostatische Filter aus zwei Funktionsabschnitten, dem Ionisator und dem Abscheider. Bild 22 zeigt schematisch, wie die zu reinigende schadstoff- und staubbeladene Luft zwischen unter Hochspannung (typischerweise 10 kV) stehenden „Sprühdrähten“ und ihren Gegenelektroden durch das dort erzeugte elektrische Feld hindurch geleitet wird. Dabei werden die Gaspartikel durch Abtrennen eines Elektrons positiv ionisiert (Stoßionisation) und beim Passieren der Abscheidestufe von den negativen Plattenelektroden eingefangen. Durch Anlagern an deren Oberfläche werden die Partikel neutralisiert und aus dem Luftstrom abgeschieden. Die Luft ist also nach dem Transfer durch den elektrostatischen Filter gereinigt.

Um die Vorgänge zu verdeutlichen, betrachtet man einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung (Bild 23). Die Sprühdrähte (rot) und Platten (blau) zeigen nun aus der Bildebene heraus. Man sieht, wie sich die Staubpartikel nach ihrer Ionisation beim Eintreten in den Abscheider an dessen Platten anlagern. Mit der Zeit wächst die anhaftende Staubschicht immer mehr, wodurch die Anhaftwirkung zurückgeht. Deshalb müssen die Platten des Abscheiders gelegentlich gereinigt werden. Das kann durch Absaugen geschehen oder durch Klopfen, wodurch der Staub nach unten fällt und aufgenommen werden kann.

Elektrostatische Filter sind sehr kostengünstig. Zum einen benötigen sie keine Filtermedien und sind nach dem Abreinigen der Abscheiderplatten wieder einsatzbereit. Zum anderen erfährt die zu reinigende Luft nur geringe Druckverluste, wodurch wenig Betriebsenergie (Strom) erforderlich ist. Daraus resultieren langfristig geringe Betriebskosten.

Elektrostatische Filter können auch die Mikrobenkonzentration in der Raumluft verringern. Unter Mikroben versteht man kleinste (und deshalb unsichtbare) ein- bis wenigzellige organische Lebewesen (Mikroorganismen). Weil diese sich meistens an Staubpartikel anheften, werden sie gemeinsam mit dem Staub ausgefiltert. Es wird auch behauptet, dass die Ionisation die Mikrobenzellmembran sprengt, was den Tod der Mikrobe nach sich zieht. In jüngerer Zeit sieht man die Bedeutung einer mikrobiotisch gering- oder unbelasteten Atemluft (TMC:Total Microbial Count) für den gesunden Menschen weniger kritisch, denn die meisten Mikroben in der Luft schaden uns wenig oder gar nicht, sondern sind vielfach nützlich oder gar unentbehrlich [2].

Als kritisch und umstritten wird bei der Ionisation von Staubpartikeln gesehen, dass dabei auch Ozon entstehen kann, welches existierende Schadstoffe zu schwer einschätzbaren Folgeprodukten verändern kann. In der Akutmedizin hingegen ist bei der künstlichen Beatmung eines Patienten über längere Zeiträume hinweg eine elektrostatische Filterung der ein- und ausgeatmeten Luft zur Vermeidung von Infektionen des Atmungsapparats üblich.

Autor: K. Jungk

Literatur:
[1] Luftfilter nach Filterklassen. PDF der Fa. Freudenberg: http://www.freudenberg-filter.com/fileadmin/templates/downloads/Luftfilt...
[2] Wolfe N.: Mikroben: Unsere kleinen Freunde. National Geographic, Heft 1/2013, S. 112–123.

Bild-Unterschriften/-quellen:
(20) Aktivkohle unter dem Mikroskop Die sehr große innere Oberfläche von Aktivkohle (bis zu 2000 m²/g) macht sie äußerst adsorptionsfreudig. Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Aktivkohle
(21) Aktivkohle-HEPA-Kaskade Die Hintereinanderschaltung eines Aktivkohlefilters und eines HEPA-Filters beseitigt bis zu 99,98 % der Luftschadstoffe mit weniger als 0,3 μm Durchmesser.
(22) Zweistufiger elektrostatischer Filter (Prinzip) Die durch Sprühdrähte positiv ionisierten Staubteilchen lagern sich an Auffangplatten mit negativem Potential ab.
(23) Zweistufiger elektrostatischer Filter (Funktion) Der zweistufige elektrostatische Filter in der Draufsicht verdeutlicht die Wirkungen der beiden Stufen „Ionisation“ und „Abscheidung“ der Staubteilchen.