Effiziente Luftreinigungskonzepte zur Separation und Inaktivierung von Pathogenen

Motivation und Ziel

Die luftgestützte Übertragung von Krankheitserregern wurde durch die COVID-19 Pandemie in den wissenschaftlichen Fokus sowie auch in das Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit gebracht. Sowohl mit Blick auf Alltagsanwendungen, z. B. in Krankenhäusern, als auch für zukünftige globale Bedrohungsszenarien ist die Entwicklung effizienter Luftreinigungskonzepte zur Abscheidung und Inaktivierung krankheitserregender Aerosolpartikel nötig.

Modellierung der Pathogen-Inaktivierung mittels UV-Licht in strömenden Aerosolen

Die Desinfektion mit UV-Licht hat sich als wirksames Mittel erwiesen, um Mikroorganismen inaktiv zu machen. Aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht ist die Verwendung mathematischer Modelle zur Vorhersage der Desinfektionswirkung von großer Bedeutung, da die Alternative, nämlich die Durchführung von Experimenten zur Bewertung von UV-Lichtgeräten, aufgrund der damit verbundenen Vorschriften zur biologischen Sicherheit komplex und teuer ist. Am HZDR haben wir ein Modell entwickelt, mit dem Computerexperimente mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können, so dass es als Werkzeug für die Entwicklung und Bewertung von UV-Lichtgeräten in verschiedenen Strömungsszenarien verwendet werden kann.

Das Modell ermöglicht eine schnelle, genaue und kostengünstige Vorhersage der Deaktivierungsrate in UV-Licht-basierten Systemen. Es kann zur Verbesserung bestehender Systeme oder zur Entwicklung neuer Produkte verwendet werden. Die Software ist einfach zu bedienen, ohne teure Labortests und kann flexibel an verschiedene Produktdesigns angepasst werden. Das Tool ist nicht auf CORONA-Viren beschränkt. Simulationen mit vielen in der Literaturdatenbank aufgeführten Viren und Bakterien sind möglich. Es kann die gleichzeitige Inaktivierung mehrerer Erreger simuliert werden.

Entwicklung eines Nassfiltersystems

Die Abscheidung von Aerosolpartikeln in Gas-Flüssig-Systemen spielt eine zentrale Rolle in einer Vielzahl von industriellen und natürlichen Anwendungen, unter denen Luftreinigungs- und Filtrationssysteme sowie die Abscheidung von Niederschlägen hervorstechen. Die Partikelgröße hat einen wesentlichen Einfluss auf die Abscheiderate. Die Diffusion von Partikeln im Nanometerbereich wird weitgehend von der molekularen Diffusion dominiert. In diesem Bereich können die Abscheideraten mit Hilfe von Vorhersagemodellen genau abgeschätzt werden. Die Ungenauigkeit der Modelle nimmt jedoch erheblich zu, wenn die Partikelgröße zwischen 0,1 μm und 2,5 μm liegt. In diesem Bereich, der durch Impaktion gekennzeichnet ist, erschwert das komplexe Zusammenspiel zwischen der Strömungsdynamik und der Trägheit der Partikel den Einsatz von Prognosewerkzeugen. Ein neuartiges Konzept, das auf einem Gas-Flüssigkeits-Zyklon zur Partikelabscheidung basiert, soll entworfen, getestet und mit einem herkömmlichen Nassfiltersystem verglichen werden.

Förderung

Gefördert durch den Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) im Rahmen des CORAERO-Projekts (KA1-Co-06).

Links & Publikationen

• Pressemitteilung
• CORAERO Projekt-Website