Lampe an, Virus weg?

15. Oktober 2020

Licht gilt in diversen Religionen als Symbol des Göttlichen und der Reinheit. Praktisch gesehen kann Licht nicht nur Dunkelheit oder Depressionen vertreiben – sondern auch Krankheitserreger. Ultraviolettes Licht ist in der Lage, Viren, Bakterien und Keime abzutöten. Mit der Corona-Pandemie ist die Desinfektion aus der Lampe verstärkt in den Fokus gerückt.

Dass man das Licht nicht auf die leichte Schulter nehmen sollte, merkt mensch spätestens beim Sonnenbrand. Die sichtbaren Teile der Sonnenstrahlung, die in den Farben des Regenbogens auf der Erde ankommen, haben damit allerdings nichts zu tun. Ursache für den Sonnenbrand sind die besonders energiereichen ultravioletten Strahlen, die wir aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge mit unseren Augen nicht wahrnehmen können.

Unterteilt wird die ultraviolette Strahlung in die drei Bereiche A, B und C, wobei die Wellenlänge von A bis C ab- und die Energie zunimmt. Bis zum Erdboden dringen die UV-A-Strahlen und noch zehn Prozent der UV-B-Strahlen durch. Sie lassen die Haut altern, können die Augen schädigen oder Hautkrebs verursachen. Beim besonders energiereichen UV-C-Licht mit einer Wellenlänge zwischen 100 und 280 Nanometern werden diese Gefahren verstärkt. Schützen müssen wir uns in Alltag oder Urlaub davor aber nicht. Denn die UV-C-Strahlen werden bereits in der Ozonschicht der Atmosphäre absorbiert.

Da die UV-C-Strahlung in natürlicher Form auf unserer Erde nicht vorkommt, haben Krankheitserreger keine Strategien dagegen entwickelt. Künstlich erzeugtes UV-C-Licht schlägt bei Viren, Keimen und Bakterien daher ungefiltert durch: Es schädigt das Erbgut der Mikroorganismen, sie können sich nicht mehr fortpflanzen und sterben ab. Neu ist das Wissen um diese durchdringende Wirkung nicht. Tatsächlich wird UV-C-Licht bereits seit Jahren genutzt, um Badewasser oder Trinkwasser zu desinfizieren.

Die größte UV-C-Anlage ihrer Art steht rund 20 Kilometer vor New York. Seit 2013 wird in der Aufbereitungsanlage Catskill-Delaware das Wasser für neun Millionen Menschen mittels Strahlung desinfiziert. Tag für Tag strömen hier 7,5 Milliarden Liter Wasser an 11.760 UV-Lampen vorbei. Generell gilt dabei: Damit die Bakterien, Viren und Keime tatsächlich durch die Strahlung getroffen werden, müssen trübende oder färbende Partikel zunächst aus dem Wasser herausgefiltert werden. In den Wasserwerken Styrum-Ost und Styrum-West im nordrhein-westfälischen Mülheim wird das Wasser der Ruhr zu diesem Zweck zunächst über Sandfilterbecken geleitet und anschließend mit UV-Lampen bestrahlt – Chlor wird zur Desinfektion nur noch ausnahmsweise benötigt.

Auch Brauereien lassen das Wasser für ihre Hopfengetränke mittels UV-Licht von Krankheitserregern befreien. Das Brauwasser wird dabei durch Edelstahlrohre geleitet, in die UV-Lampen integriert sind. Besonders in Asien und in Nordamerika werden mobile Geräte oder UV-C-Roboter auch bereits dazu verwendet, Luft und Oberflächen in Laboren, Krankenhäusern oder Büros zu desinfizieren.

Mit der Bedrohung durch das Coronavirus ist die bislang eher im Hintergrund strahlende Technologie verstärkt in den öffentlichen Fokus gerückt. Seit Ausbruch der Pandemie nutzt ein Verkehrsunternehmen in Shanghai das Licht, um damit seine Busse zu desinfizieren. Die Fahrzeuge werden dazu in einer Art Waschstraße geparkt, in der sie von außen durch fest installierte Lampen und von innen durch mobile Leuchten bestrahlt werden. Der Prozess dauere gerade mal fünf bis sieben Minuten und könne 99,9 Prozent der Viren vernichten. Das sei erheblich günstiger und schneller als herkömmliche Verfahren, so Verkehrsbetreiber Yanggao.

Komplett können die UV-Strahlen die klassische Handarbeit nicht ersetzen. Denn die Grenzen der Lichtdesinfektion liegen grundsätzlich im Schatten – also überall dort, wo die Strahlen nicht hingelangen. Im Anschluss an die Bestrahlung wird in den Bussen unter den Sitzen oder in den Haltegriffen noch einmal per Hand gewischt und gesprüht, um auch den dort sitzenden Krankheitserregern zu Leibe zu rücken. Bis zu 250 Busse könnten auf diese Weise täglich desinfiziert werden, erklärt der Manager der Flotte gegenüber der Presseagentur AFP.

Zwischenzeitlich haben auch andere Verkehrsbetreiber und Kommunen das UV-C-Licht für sich entdeckt. So hat die New Yorker Metropolitan Transportation Authority (MTA) im Juni ein Pilotprojekt ausgeweitet, um ihre U-Bahn-Züge mit den Strahlern zu desinfizieren. Die hessische Stadt Hanau hat Ende August eine Kooperation mit dem Lampenhersteller Heraeus vereinbart. Die Geräte des lokalen Unternehmens arbeiten bereits in den Belüftungsanlagen von Flughäfen, etwa in Singapur und Shanghai. In Hanau könnten die Luftreinigungsgeräte künftig in Schulen, Kitas, Sporthallen und Bürgerhäusern installiert werden. Ein 45 Quadratmeter großer Klassenraum sei auf diese Weise in rund eineinhalb Stunden desinfiziert, stellt Heraeus in Aussicht. Ein „Allheilmittel“ gegen Corona sei die Technologie zwar in keinem Fall, betont Oberbürgermeister Claus Kaminsky. Sie könne aber das gesellschaftliche Miteinander im ungewissen Warten auf einen Impfstoff „signifikant verbessern“.

Bislang wird das UV-C-Licht vor allem über Quecksilberdampflampen erzeugt. Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung setzt dagegen auf LED-Technik: Über drei Jahre lang haben die Forscher mit dem Sonderfahrzeughersteller Binz ein System zur Desinfektion eines Krankenwagens entwickelt. Zwar sind die LED-Strahler teurer als die klassischen Quecksilberlampen, sie bieten aber aus Sicht der Wissenschaftler gleich mehrere Vorteile. Sie sind vibrationsfest, ungiftig, haltbarer und arbeiten in der optimalen Wellenlänge zwischen 265 und 270 Nanometern – sie zerstören die DNA der Erreger daher deutlich effizienter. Und während die Quecksilberlampen erst einmal aufheizen müssen, erreichen die LED-Strahler bei Knopfdruck bereits ihre volle Leistung.

Noch werden die Krankenwagen nach einem umfangreichen Arbeitsplan von Hand gereinigt und mit chemischen Mitteln desinfiziert, was bis zu eine Stunde beanspruchen kann. Mit den UV-C-Lampen soll das in gerade einmal zehn Minuten erledigt sein. Auf dem Weg zum nächsten Einsatz ließe sich der Krankenwagen so schnell und nahezu vollautomatisch desinfizieren. Vollständig ersetzen könne das Verfahren die manuelle Reinigung und Desinfizierung natürlich nicht. Aber es mache alle Bereiche der Kabine nahezu keimfrei, die von den Strahlern direkt oder indirekt über Reflektoren getroffen werden – namentlich auch die Liege, auf der der Patient transportiert wird.

Geht es nach den Fraunhofer-Forschern, könnten mit den LED-Leuchten künftig auch Handys und Tablets in Kliniken desinfiziert werden. Die gehören dort schließlich immer öfter zum Arbeitsalltag. Das Gerät, das die Experten dazu entwickelt haben, sieht von außen aus wie eine Kreuzung aus Mikrowelle und Laserdrucker. Im Inneren des kleinen Kastens strahlen LEDs mit einer Wellenlänge von 269 Nanometern auf Handy und Tablet. Über einen NFC-Reader wird dabei auch registriert, welches Smartphone mit welcher Dosis bestrahlt wurde, um so eine lückenlose Entkeimung zu gewährleisten. Damit aus dem Prototyp ein marktreifes Produkt gemacht werden kann, sucht das Institut nun nach Partnern aus der Wirtschaft.

Klar ist: Menschen dürfen dem UV-C-Licht aufgrund der gesundheitlichen Folgen nicht ausgesetzt werden. In Luftreinigungsgeräten arbeiten die Strahlen daher in blickdichten Gehäusen. Beim Einsatz von Handlampen gerade in Privathaushalten rät das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zu besonderer Vorsicht. Aus Sicherheitsgründen sollten diese nur auf die zu desinfizierende Fläche gerichtet werden. Zusätzlichen Schutz könnten Lampen bieten, die sich automatisch abschalten, wenn sie aus der Horizontalen gedreht werden. Kinder dürften die Bestrahlungsgeräte in keinem Fall in die Hände bekommen, so das BfS.

In Aufzügen, Fluren, Büros oder anderen öffentlichen Räumen könnte das UV-C-Licht aber künftig gefahrlos zum Einsatz kommen, ist das Start-up Uventions überzeugt. Die Hamburger haben dazu ein UV-C-Panel entwickelt, das an Decken oder Wänden installiert werden kann. Optische Sensoren sollen jederzeit erkennen, ob sich Personen oder Tiere im Raum befinden. Nur wenn der Raum leer ist, schalten sich die UV-Lampen automatisch ein. Parallel arbeitet Uventions auch an selbstdesinfizierenden Türgriffen und Handläufen. Das Panel soll Ende 2020 auf den Markt kommen und dann auch in Kindergärten, Krankenhäusern oder auf Kreuzfahrtschiffen die Desinfektion vereinfachen. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die Sensoren tatsächlich fehlerfrei arbeiten – damit die unsichtbaren Strahlen nur den Krankheitserregern und nicht den Menschen gefährlich werden können.