Photokatalyse Mit Licht und Nanopartikeln Schmutz und Viren begegnen

Autor / Redakteur: Carsten Hermann / Peter Königsreuther

Kaum eine Technik ist so vielfältig einsetzbar wie die Photokatalyse. Und doch kennen sie nur wenige, sagt ein Experte von Airodoctor. Deshalb will er hier mehr darüber erzählen.

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UV-A-Licht kann effektiv im Kampf gegen Schmutz, Viren und Bakterien oder Schadstoffe angewendet werden. Macht man das richtig, wie das Unternehmen Airodoctor mit seinen Luftreinigern, kann man viel erreichen. Hier ein Bisschen Theorie und Praxis.
UV-A-Licht kann effektiv im Kampf gegen Schmutz, Viren und Bakterien oder Schadstoffe angewendet werden. Macht man das richtig, wie das Unternehmen Airodoctor mit seinen Luftreinigern, kann man viel erreichen. Hier ein Bisschen Theorie und Praxis.
(Bild: P. Radinger)

Die Einsatzmöglichkeiten der Photokatalyse reicht von selbstreinigenden Wandfarben und Dächern über Verkehrsadern mit hoher Abgasbelastung bis hin zu fortschrittlichen Luftreinigern. Was aber verbirgt sich hinter dem Begriff Photokatalyse genau?

Die Reaktion der Photokatalyse vom Prinzip her.
Die Reaktion der Photokatalyse vom Prinzip her.
(Bild: Airodoctor)

Bei der Photokatalyse handelt es sich grundsätzlich um eine chemische Reaktion, für die zwei Bestandteile notwendig sind: Eine Lichtquelle zum Auslösen der Reaktion und ein Katalysator, der die Reaktion beschleunigt. Beide Komponenten erklären dann auch schnell, woher die Reaktion ihren Namen hat. Das Licht kann je nach Einsatzgebiet von der Sonne oder einer künstlichen Lichtquelle stammen. Das kommt vielen bestimmt irgendwie bekannt vor, denn tatsächlich ist die Photosynthese, dem Prozess bei dem Pflanzen bei Lichteinstrahlung Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff umwandeln, ebenfalls eine photokatalytischer Prozess.

UVA-Licht und Weißpigment zersetzen Organisches

Ähnlich wie bei der Photosynthese, die mit Sonnenlicht abläuft, ist auch bei der hier gemeinten Photokatalyse an und in Gebäuden sowie an Verkehrsadern die UV-A-Strahlung besser geeignet als zum Beispiel die UV-C-Strahlung. Letztere birgt nämlich die Gefahr, dass Ozon als Nebenprodukt entsteht. Doch auch die Reaktionsintensität ist durch die unterschiedliche Wellenlänge der Strahlung bei UV-A wesentlich stärker. Als Katalysator greift man meistens auf das bekannte Weißpigment Titandioxid zurück. Es ist bekannt als farbgebender Inhaltsstoff von weißen Lacken oder Farben und außerdem in großen Mengen auf dem Markt verfügbar. Ist die chemische Reaktion dann erst mal in Gang gesetzt, geschieht etwas sehr interessantes: Sie zersetzt organische Materialien durch Oxidation.

Die Photokatalyse in der praktischen Anwendung

Soweit zur Theorie. In der Praxis eröffnen sich dadurch zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Weil es sich bei Titandioxid um Nanopartikel handelt, lassen sich damit unterschiedliche Materialien und Oberflächen problemlos beschichten. Das Ziel ist dabei immer die Zersetzung von organischen Materialien. So können etwa an verkehrsreichen Straßen mit folglich hoher Abgasbelastung die Schadstoffe in der Luft in unschädliche Verbindungen umgewandelt werden. Dafür werden die Außenflächen von umstehenden Bauwerken mit einer Schicht dieser Nanopartikel überzogen. Strahlt die Sonne darauf, kommt es zur Reaktion, bei der die Schadstoffe oxidieren. Die hellen Oberflächen selbst bleiben aber durch diesen Selbstreinigungseffekt sauber und antimikrobiell. Folglich muss man sich mit Reinigungsaufwand erst gar nicht abgeben. Es werden deshalb inzwischen auch Fenster, Gartenmöbel und medizinische Geräte mit Titandioxid beschichtet, um sie langfristig sauber zu halten.

Weitere Vorteile des photokatalytischen Reinigungseffekts

Die übliche Photokatalyse in einem Luftreiniger: Bei einer UV-C-Lichtquelle (links) ist die Effizienz meist nicht gut genug, um alle Keime zu eliminieren. Das gilt auch für den Einsatz von UV-A-Lichtquellen und mit Titandioxid beschichteten Systemen (rechts).
Die übliche Photokatalyse in einem Luftreiniger: Bei einer UV-C-Lichtquelle (links) ist die Effizienz meist nicht gut genug, um alle Keime zu eliminieren. Das gilt auch für den Einsatz von UV-A-Lichtquellen und mit Titandioxid beschichteten Systemen (rechts).
(Bild: Airodoctor)

Die reinigende Wirkung der Photokatalyse genießt aus diesem Grund verstärkt auch bei der Luftreinigung in Innenräumen mehr Aufmerksamkeit. Denn auch Viren und Bakterien werden bei dem Vorgang nicht nur zuverlässig in den Geräten gesammelt. Sie werden auch noch unschädlich gemacht, weil sie bei der Reaktion komplett zersetzt werden. Ein zusätzliches Gesundheitsrisiko beim Umgang mit den Geräten gibt es also nicht.

Unterschieden wird dabei zwischen zwei verschiedenen Qualitätsstufen: Der Beschichtung einer Fläche mit Titandioxid (TiO2), so wie sie in den zuvor genannten Beispielen Anwendung findet) sowie die Nutzung von Titandioxid als Vollmaterial in Würfel- oder Kugelform.

Viel effizienter und nachhaltiger klappt die Keimtötung, wenn man UV-A-LED nutzt und Titandioxid-Vollmaterial.
Viel effizienter und nachhaltiger klappt die Keimtötung, wenn man UV-A-LED nutzt und Titandioxid-Vollmaterial.
(Bild: Airodoctor)

Die Qualitätsstufen beziehen sich dabei vor allem auf die Effektivität. Denn je mehr Reaktionsfläche vorhanden ist, umso stärker läuft die Reaktion ab. Die Vollmaterialvarianten sind als Katalysator bei dauerhaft gleicher Performance wesentlich länger haltbar, weil das Titandioxid nicht als Schicht vorliegt und sich deshalb nicht von der Trägerplatte lösen kann.

Gut zu wissen: Die Technologie, die Airodoctor anbietet, wird von der südkoreanischen Regierung im Kampf zur Verringerung des Risikos von SARS-CoV-2-Infektionen (Coronavirus) seit 2020 offiziell empfohlen und wurde zuletzt auch von der Charité ausgezeichnet.

* Carsten Hermann ist CEO Europe und Co-Gründer von Airodoctor, ein Unternehmen, das einen auf UV-A-Licht (LED) basierenden Photokatalyseprozess für Luftreiniger entwickelt hat und diesen erfolgreich vermarktet.

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