Prof. Dr. Gregor Luthe entwickelt Luftreinigungssystem
Mit Ultraschall und UV-Licht gegen Coronaviren

Gronau -

Prof. Dr. Gregor Luthe hat Luftreiniger entwickelt, kleiner als ein Schuhkarton und leise obendrein. Und die Filter können auch nicht verstopfen – es sind nämlich gar keine drin. Auf die Idee für die technische Innovation brachten ihn die Fledermäuse in Iowa.

Sonntag, 28.02.2021, 18:00 Uhr
Prof. Dr. Gregor Luthe
Prof. Dr. Gregor Luthe Foto: NN

Fledermäuse? Tatsächlich: Die flinken Flieger waren es, die Prof. Dr. Gregor Luthe auf eine Idee brachten. „Ich habe ja eine Zeit lang in Iowa gelebt und gearbeitet“, erzählt der Wissenschaftler aus Epe. „Da ist es abends und nachts ziemlich dunkel. Bis auf die beleuchteten Highways. Genau dort gehen die Fledermäuse auf Jagd.“ Ein befreundeter Biologe machte ihn darauf aufmerksam, dass die Flugtiere bei ihrer Jagd keinerlei Anzeichen von körperlicher Belastung zeigten, die eigentlich durch Kleinstpartikel wie Feinstaub ausgelöst werden sollten. Hmm. Sollte das etwa mit dem Orientierungssystem der Fledermäuse zusammenhängen? Mit Ultraschall?

Die Welt des ganz Kleinen

Eines der vielen naturwissenschaftlichen Fachgebiete, mit denen sich Gregor Luthe beschäftigt, ist die Welt des ganz Kleinen. Im Nanobereich – ein Nanometer (nm) ist ein Millionstel Millimeter – tummeln sich so fiese Dinge wie (Ultra-)Feinstaub und Viren. Auch Coronaviren. Partikel, die allein schon wegen ihrer geringen Größe Unheil in der Lunge anrichten können. Also filtert man sie aus der Luft. Problem dabei: Partikel im Nanobereich scheren sich kaum um gängige Filter. Sie flutschen einfach durch. Es existiert eine sogenannte Filterlücke. Lu­the relativiert daher auch Aussagen über den Wirkungsgrad: „Wenn es heißt, dass ein Filter 99 Prozent der Teilchen herausfiltert, bezieht sich der Wert auf die Masse, nicht auf die Anzahl der Teilchen.“

Auch wenn Filter gut arbeiten und die im Verhältnis großen Teilchen erwischen – irgendwann verstopfen die „Maschen“. Das ist wie beim Staubsauger oder bei Luftfiltern in Autos. Die Filter müssen ausgetauscht werden. Die darin gesammelten Erreger vermehren sich möglicherweise in den Filtern und werden beim Tausch oft wieder an die Luft abgegeben. Besser wäre es also, sie abzutöten. Und noch besser wäre es, erst mal gar keine Filter einbauen zu müssen, die man dauernd wechseln muss.

Wellen mit Bäuchen und Knoten

Gregor Luthe begann mit Schallwellen zu experimentieren. Ultraschall, um genau zu sein. Der umfasst den für das menschliche Ohr nicht mehr wahrnehmbar hohen Frequenzbereich, den – genau – Fledermäuse zur Orientierung nutzen. Und quasi nebenbei ein Prinzip nutzen, das nun auch Gregor Luthe anwendet. Der Wissenschaftler entwickelte ein geniales System in einem Kasten mit dem Volumen kleiner als ein Schuhkarton. Darin befinden sich piezoelektrische Komponenten als Schallquellen. Die Schallwellen sind eigentlich nichts anderes als Druck- und Dichteschwankungen. Wellen, die Bäuche und Knoten bilden. In den Knoten der Schallwellen konzentrieren sich nun durch die Krafteinwirkung des Ultraschalls Partikel (bei Fledermäusen sind es Insekten). Luthe zeigt, dass in den Knoten sogar (zumindest scheinbar) die Schwerkraft aufgehoben wird: Er kann zum Beispiel kleine Styroporkügelchen schweben lassen.

Die Software dafür ist schon sehr ausgeklügelt.

Gregor Luthe

Dieses Prinzip wendet der Forscher bei dem von ihm entwickelten Luftreinigungssystem an. Nur, dass er mit dem Gerät statt Styroporkügelchen deutlich kleinere Teilchen in den Wellenknoten einfängt: Viren, Ultrafeinstaub, Allergene, Sporen, Bakterien. Das hört sich alles ganz logisch an. Alles also kein Hexenwerk? „Doch schon, denn die Software dafür ist schon sehr ausgeklügelt“, sagt Gregor Luthe.

Das Einfangen ist nur der erste Schritt in einem dreiteiligen Prozess, an dessen Ende die Vernichtung der Viren steht. Die Partikel bleiben in den Wellenknoten nicht allein, erläutert er. Immer mehr Teilchen werden durch die im Gerät herrschenden Kräfte in die Wellenknoten gelenkt. Die Virenhüllen werden dabei zerschmettert, die Viren zerquetscht, die Reste klumpen zusammen.

Eine Ultraerhitzung auf über 250 Grad – „Viren vertragen etwa 60“ – tötet die Krankheitserreger ab. Nicht dass das Gerät selbst dabei heiß würde: Der Hitzeschock wirkt nur im minimalen Maßstab und in extrem kurzen Zeiträumen.

Viren werden zerstört

Schließlich wird mithilfe von ultraviolettem Licht die DNA der Viren zerstört. Das klappt nur, weil die Teilchen eben nicht mehr einzeln in den Knoten schweben, sondern sich in Clustern zusammenballen. Ein einzelnes, vielleicht 100 Nanometer großes Teilchen würde möglicherweise mit der mehr als doppelt so großen Wellenlänge des UV-Lichts gar nicht interagieren.

Gregor Luthe verwendet übrigens nicht die Wellenlänge von 252 Nanometern, die in vielen anderen Luftreinigungssystemen mit UV-Licht zum Einsatz kommt. „Diese Systeme wirken nämlich wie ein chemischer Reaktor und erzeugen Ozon.“ Ozon wirkt wie Gift für die Lungen. Gregor Luthe nimmt eine größere Wellenlänge, bei der das Problem nicht auftritt.

Gerät in USA bereits zugelassen

Das war eine der Voraussetzungen dafür, dass das neue Gerät die Zulassung für den US-amerikanischen Markt erhalten hat. Aus Luthes mittlerweile patentierter Idee ist nämlich ein Geschäftsmodell geworden. Unter dem Markennamen Airbion beginnt in diesen Tagen der Vertrieb des neuen, leisen, wartungsarmen Luftreinigers. Für den amerikanischen Markt sind schon 2500 der würfelförmigen Geräte (Kantenlänge 17 Zentimeter) produziert. Der Sitz der Airbion GmbH ist zwar in Rellingen bei Hamburg; die Produktion findet aber bei Nanobay in Gronau statt, dessen Lizenzpartner Airbion ist.

Das Gehäuse entsteht im 3D-Druck, die Elektronik wird selbst gebaut. Made in Germany also – auch das liegt im Trend, nachdem während der Coronakrise die Nachteile der wirtschaftlichen Abhängigkeiten von China mehr als deutlich geworden sind, so Gregor Luthe.

Einsatz in Schulen

Einsatzmöglichkeiten der neuen Technologie sieht der Wissenschaftler auch über die Raumluft-Reinigung hinaus. Im Prinzip könnte man das System auch für die Schadstoffreduzierung von Motoren einsetzen. Vorrangig sieht das Team aber Einsatzmöglichkeiten im privaten Bereich – aber auch in öffentlichen Einrichtungen wie Schulen. „Es würde ja schon viel bringen, eines unserer Geräte vor den Lehrer zu stellen. Denn der redet – die Kinder sagen ja nicht viel im Unterricht“, sagt Luthe mit einem Augenzwinkern.

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