Luftreinigung in Innenräumen und im häuslichen Bereich

Feuerstätten und Kleinfeuerungsanlagen, die mit Holz oder Holzpellets bzw. mit anderen nachwachsenden Rohstoffen betrieben werden, bilden interessante Alternativen zu Heizungen mit konventionellen Energieträgern wie Öl und Gas. Seit dem 1. Januar 2015 gilt in Deutschland die 2. Stufe der 1. BImSchV, in der die zulässigen Emissionen von Einzelraumfeuerungsanlagen (Kamin- und Kachelöfen) auf 40 mg/m³ Staub und 1250 mg/m³ Kohlenstoffmonoxid begrenzt sind.

Durch den Einsatz von Schaumkeramikfiltern können Feinstaubemissionen von Kaminöfen deutlich reduziert werden. Die netzartige, hochporöse Keramikstruktur nimmt Partikel und Schadstoffe in ihrem Inneren auf, ohne dabei zu verstopfen. Das funktioniert vor allem im Anfeuerungszyklus, wenn hohe Ruß- und Kohlenwasserstoffemissionen auftreten. Bei Erreichen einer höheren Temperatur werden diese Schadstoffe im Filter sauber verbrannt. Der Einbau eines Filters aus Schaumkeramik direkt im Ofen oberhalb der Feuerung gewährleistet einen selbständigen Reinigungseffekt ohne Eingriffe des Betreibers und ohne aufwändige technische Zusatzinstallationen. Gleichzeitig verläuft die Verbrennung wesentlich effizienter, so dass eine Einsparung an Brennstoff erreicht wird.

Eine darüber hinausgehende, zusätzliche Reduktion von gasförmigen Schadstoffen wie Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) kann durch den Einsatz von Katalysatoren erreicht werden (siehe Graphik). Dabei müssen diese gut auf die Betriebsbedingungen in der Feuerstätte abgestimmt werden, um optimale Ergebnisse bei der Schadstoffreduzierung zu erhalten. Von besonderer Bedeutung für die Katalysatoraktivität und die Alterungsbeständigkeit sind die Temperaturbedingungen, die im Feuerstättenbetrieb auftreten.

Bei zahlreichen industriellen Prozessen und im Haushaltsbereich kann es zu Emissionen durch gasförmige Geruchsstoffe kommen, die ab einer bestimmten, aber meist sehr niedrigen Konzentration in der Raum- und Umgebungsluft als unangenehm empfunden werden. Für eine effektive Geruchsreduktion sowie sichere Entfernung und Bindung einer Vielzahl von Verunreinigungen werden häufig Adsorbentien wie Aktivkohle in Schüttungen oder Geweben verwendet. Mittels keramischer Technologien können diese auch in zelluläre Formteile überführt oder auf entsprechende Keramiksubstrate aufgebracht werden. Dies vereinfacht das Handling und verbessert bestimmte Anwendungseigenschaften wie das Gegendruck- oder Regenerationsverhalten bei hohen Temperaturen. Neben Aktivkohlen entwickelt und verarbeitet das IKTS auch keramikähnliche Adsorbentien wie Zeolithe oder metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs), die in bestimmten Anwendungen leistungsfähiger oder regenerationsstabiler sind.

Eine Alternative zu Adsorbentien stellen sogenannte Photokatalysatoren dar, an deren Oberfläche sich unter Einstrahlung von natürlichem oder künstlichem UV-Licht Radikale bilden, die organische Substanzen zersetzen und gasförmige Stoffe oxidieren. Das Fraunhofer IKTS verfügt über geeignete Technologien, um Photokatalysatoren auf TiO₂-Basis als Schichten auf zellularen Strukturen wie Al₂O₃-, Cordierit- oder SiC-Schaumkeramiken oder auf flächigen keramischen Elementen aufzubringen. Dabei ist es für den Luftreinigungsprozess vorteilhaft, dass neben einem geringen Gegendruck auch eine hohe Wirkoberfläche vorliegt. Somit lassen sich typische Innenraumschadstoffe wie Formaldehyd oder Acetaldehyd in unschädliche Verbindungen umwandeln. Auch in Innenräumen von Fahrzeugen und Flugzeugen oder im Haushaltsbereich wie in Küchendunstabzugshauben können photokatalytische Schichten dazu beitragen, das Raumklima zu verbessern. Zudem wirken sie antibakteriell und antimikrobiell, womit Schimmelbefall verhindert werden kann.

Filter und Luftbehandlungsanlagen können unter bestimmten Bedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit) aufgrund der im Luftstrom enthaltenen Bakterien und Viren zu einer starken Verkeimung der Luft führen. Keramische Komponenten mit Adsorbentien und antibakteriell wirkenden Oberflächen helfen hierbei entscheidend bei der Desinfektion von Raumluft. Ähnlich wie bei der Geruchselimination kann auch der Einsatz von photokatalytisch wirkenden Oberflächen zu einer Verringerung der Belastung beitragen und UVC-Anlagen effizienter machen.