Untersuchung zur Entfernung von VOC aus Innenraumluft mittels Lynatox Clean Air Technologie - Lynatox GmbH, Suhler Strasse 11, 99234
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Lynatox GmbH, Suhler Strasse 11, 99234,
Ohrdruf
Untersuchungsbericht
Untersuchung zur Entfernung von
VOC aus Innenraumluft mittels
Lynatox Clean Air Technologie
3. Juni 2019
Author:
Tobias Schnabel M.Sc.
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis i
Abbildungsverzeichnis ii
Abkürzungsverzeichnis iii
1 Einführung 1
2 Photokatalytische Oxidation von Luftgetragenen Schadstoffen 2
3 Die Lynatox Photokatalysatoren 3
4 Die Lynatox Clean Air Luftreiniger 5
5 Lynatox Photokatalyse im Vergleich zu üblichen Verfahren 6
6 Beispiele zur Anwendung der Lynatox Luftreiniger in PAK belasteten
Gebäuden 8
6.1 Projektierung 1, Klassenraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
6.2 Projektierung 2, Büro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Literatur 11
iAbbildungsverzeichnis
1 Das Lynatox Gründerteam: Daniel Martschoke, Lars Matting,
Tobias Schnabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Schematisches Prinzip der Photokatalyse an Titandioxid . . . . 2
3 REM-Aufnahme des unbeschichteten Materials (links) und des
beschichteten Materials in 1000 und 500 facher Vergrößerung . . 4
4 REM-Aufnahme des beschichteten Materials in 2000 und 16.000
facher Vergrößerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5 Messtechnischer Vergleich der Lynatox Clean Air Systeme mit
marktgängigen Aktivkohle Luftreinigern . . . . . . . . . . . . . 7
6 Feldtest der Lynatox Luftreiniger in einem Klassenraum . . . . 9
7 Feldtest der Lynatox Luftreiniger in einem Klassenraum . . . . 10
iiAbkürzungsverzeichnis
KDE K Desktop Environment
SQL Structured Query Language
Bash Bourne-again shell
JDK Java Development Kit
VM Virtuelle Maschine
I²C Inter-Integrated Circuit
iii1 Einführung
Innenraumluft ist insbesondere in der heutigen Zeit eine Ressource die nur
zu gerne unterschätzt wird. Wir verbringen die meiste Zeit unseres Lebens in
Innenräumen, davon ca. 2/3 in unserer Wohnung. Ein erwachsener Mensch
atmet pro Tag ca. 24 m³ Luft ein [4], dies entspricht etwa einer Masse von 24
kg und somit wesentlich mehr als die Nahrung die wir täglich aufnehmen.
Dieser Umstand sollte uns veranlassen besondere Obacht auf Schadstoffe und
Verunreinigungen in der Innenraumluft zu Geben. Die Lynatox GmbH ist ein
forschendes Unternehmen, welches es sich zum Ziel gesetzt hat, technische
Lösungen für den Abbau organischer Innenraumluftverunreinigungen zu ent-
wickeln, welche die Luftqualität in Wohnungen und Arbeitsplätzen verbessern.
Dabei setzen wir auf Eigenentwicklungen im Bereich der photokatalyti-
schen Oxidation.
Abbildung 1: Das Lynatox Gründerteam: Daniel Martschoke, Lars Matting, Tobias Schnabel
12 Photokatalytische Oxidation von Luftgetragenen
Schadstoffen
Der photokatalytische Effekt beschreibt einen physikalischen Vorgang an
halbleitenden Materialien. Halbleiter wie beispielsweise Titandioxide können
durch Lichteinstrahlung bei spezifischen Wellenlängen in einen leitenden Zu-
stand versetzt werden. Bei Titandioxid ist dies im Bereich der UV-A-Strahlung
der Fall [3]. Durch den Energieeintrag kommt es im Halbleiter zu einer La-
dungstrennung, wodurch Elektronenfehlstellen im Halbleiter gebildet wer-
den. Die gebildenten Elektronenlöcher können mit Hydroxidionen aus der na-
türlichen Luftfeuchtigkeit zu Hydroxylradikalen reagieren. Hydroxylradikale
sind ein starkes Oxidationsmittel, welches mit organischen und anorganischen
Schadstoffen reagieren kann [2]. Die Oxidationsstärke ist dabei so hoch, dass es
zu einer vollständigen "kalten Verbrennung"der Schadstoffe kommt, wodurch
nur unschädliche Reaktionsprdukte wie Kohlendioxid, Wasser und Mineral-
salze entstehen. Die folgende Abbildung zeigt die prinzipielle Funktion eines
photokatalytischen Systems.
Abbildung 2: Schematisches Prinzip der Photokatalyse an Titandioxid
23 Die Lynatox Photokatalysatoren
Die Lynatox GmbH hat in verschiedenen Forschungsprojekten mit der
MFPA Weimar und der Bauhaus-Universitat Weimar neuartige, stabile und
hocheffiziente Photokatalysatoren und Beleuchtungseinheiten entwickelt, wel-
che einen Schadstoffumsatz in großen Konzentrationsbereichen mit sehr nied-
rigem Energieeinsatz ermöglichen. Die Beschichtung besteht dabei aus binde-
mittelfreien Titandioxid, welches auf dem Trägermaterial eine fraktale Struk-
tur mit sehr hoher innerer Oberfläche bildet. Die folgenden Abbildungen zei-
gen elektronenmikroskopische Aufnahmen der Katalysatoroberflächen auf den
Trägermaterial Glasfasergewebe.
Der zweite Baustein der Lynatox Technologie ist die Verwendung von
langlebigen und hocheffizienten UV-A-LEDs. In den letzten fünf Jahren hat
die UV-LED-Technology sehr große Fortschritte gemacht. LED Komponenten
mit hoher radiometrischer Leistung und hohem Wirkungsgrad bis 50 % sind
erschwinglich geworden und in ausreichender Menge am Markt verfügbar.
Mit einer Lebensdauer von 35.000 h sind die UV-A-LED Lichtquellen ohne
leistungsverlust mindesten um Faktor vier Langlebiger als Quecksilbermittel-
druckstrahler, die den Stand der Technik abbilden. Neben der langen Haltbar-
keit weisen die von der Lynatox GmbH verwendeten Lichtquellen folgende
entscheidende Vorteile aus:
• Die LEDs sind Quecksilberfrei und somit wesentlich unbedenklicher für
die Umwelt und die menschliche Gesundheit,
• Es können sehr große Strahlungsdichten auf kleinem Bauraum realisiert
werden, die photokatalytischen Geräte und Reaktoren können kleiner
gebaut werden,
• Es kommt zu weniger Energieverlust durch Hitzeentwicklung,
• Es können durch geschickte LED Anordnungen wesentlich homogenere
Leuchtfelder erzeugt werden.
3Abbildung 3: REM-Aufnahme des unbeschichteten Materials (links) und des beschichteten
Materials in 1000 und 500 facher Vergrößerung
Abbildung 4: REM-Aufnahme des beschichteten Materials in 2000 und 16.000 facher Vergrö-
ßerung
44 Die Lynatox Clean Air Luftreiniger
55 Lynatox Photokatalyse im Vergleich zu üblichen
Verfahren
Im Bezug auf die Reinigung von Innenraumluft von organischen Konta-
minationen gibt es zwei etablierte Verfahren. Zum einen sind dies adsorptive
Verfahren bsw. mit Aktivkohlefiltern zum anderen oxidative Verfahren wie z.B.
die Luftionisation bei der Ozon als Oxidationsmittel gebildet wird.
Bei den adsorptiven Verfahren bestehen zwei Nachteile, zum einen können
die Aktivkohlefilter nur bis zu einem bestimmten Sättigungspunkt Schadstoffe
aufnehmen, ist dieser Punkt erreicht kann die Schadstoffkonzentration nicht
weiter gesenkt werden, es werden sogar wieder Schadstoffe aus der Aktivkoh-
le an die Raumluft abgegeben. Dies führt unweigerlich zum zweiten Nachteil
der Aktivkohlefilter. Die Filter müssen für einen Dauerhaften Reinigungseffekt
periodisch ausgetauscht und entsorgt werden, dies steigert den Wartungsauf-
wand und produziert Abfallstoffe.
Die oxidativen Verfahren mit Ozon haben den Nachteil, dass zum einen
Ozon an die Raumluft abgegeben wird, zum anderen kommt je nach Art
des organischen Schadstoffs zu einer Transformation des Mutterschadstoffs
zu unbekannten Reaktionsprodukten. Bei Nikotin kommt es beispielsweise
zur Bildung von Nitrosaminen, welche schädlicher sind als das Nikotin selbst.
Um die Unterschiede von marktgängigen Raumluftreinigern mit den Lyna-
tox Systemen zu verdeutlichen, wurden Emmissionskammeruntersuchungen
zur Reinigung von organisch hochbelasteter Inneraumluft durchgeführt. Da-
bei wurde die Kammer mit 100 mg/m³ Cyclohexan aufgespikt, dies entspricht
einen TVOC von Ca. 75 mg/m³ (ppm).
In dieser kontrollierten Atmosphäre wurden ein Lynatox Clean Air Ge-
rät gegen zwei marktübliche Aktivkohle + HEPA Luftreiniger getestet. Dabei
wurden die Luftreiniger jeweils 24 Stunden betrieben. Die hohen TOC Kon-
zentrationen spiegeln dabei beispielsweise einen frisch renovierten Raum mit
hohen VOC Gehalten durch Bodebeläge, Kleber oder Lösungmitteln aus Farbe
und Lacken wieder. Die nachfolgende Grafik veranschaulicht die Ergebnisse.
6Abbildung 5: Messtechnischer Vergleich der Lynatox Clean Air Systeme mit marktgängigen
Aktivkohle Luftreinigern
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Aktivkohlesysteme zwar Anfangs
schnell die Schadstoffe aufnehmen, jedoch recht in kurzer Zeit gesättigt sind
und keine weitere Verbesserung der Raumluftqualität erzielt werden kann.
Die Lynantox Photokatalyse baut die VOCs wesentlich weitreichender ab.
Die Performance des Systems sinkt über einen längeren Zeitraum nicht. Somit
können die Lynatox Systeme sowohl in hochbelasteten Umgebungen und in
Räumen mit niedriger Belastung dauerhaft eingesetzt werden.
76 Beispiele zur Anwendung der Lynatox Luftreini-
ger in PAK belasteten Gebäuden
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind eine altlasten-
relevante Schadstoffgruppe die mehrere hundert Verbindungen umfasst. Als
Innenraumschadstoff erlangt diese Gruppe Bedeutung, da bis in die 70er Jahre
teerhaltige Anstriche, Abdichtungen und Estriche verwendet wurden, die diese
Schadstoffe in großen Konzentrationen beinhalten [5]. Insbesondere nach einer
energetischen Sanierung, die eine Abdichtung der Gebäudehülle und der Fens-
ter beinhaltet, kann es zu einer großen Konzentrationszunahme der PAK in der
Raumluft kommen. Dabei wird bei den Konzentrationsmessungen zwischen
dem gesamten PAK Welche 18 Substanzen umfasst und den Naphthalin uns
naphthalinähnlichen Verbindungen unterschieden. Die Verbindungen Naph-
thalin und dessen Derivate kommen meist gasförmig in der Raumluft vor, da
sie den niedrigsten Siedepunkt und Dampfdruck in der PAK Stoffklasse haben,
bei den 18 PAK nach EPA werden auch schwerflüchtigere Verbindungen mit
erfasst, welche oftmals nur staubgetragen Vorkomme.
Für Naphthalin und napthalinähnliche Verbindungen existieren Richtwerte
für Innenräume welche vom Umweltbundesamt herausgegeben werden Richt-
wert 1 ist 10 µg/m³ in Summe der Einzelverbindungen, bis zu diesem Wert kann
nicht davon ausgegangen werden, dass es bei lebenslanger Exposition zu ge-
sundheitlichen Auswirkungen kommt. Richtwert 2 ist 30 µg/m³ in Summe der
Einzelverbindungen [1]. Bei diesem Wert kann eine gesundheitliche Gefähr-
dung nicht mit hinreichender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Bei
empfindlichen Personen können jedoch schon geringere Konzentrationen Be-
schwerden auslösen. Die Geruchsschwelle liegt bei Naphthalin bei 2 µg/m³,
somit ist ein unangenehmer Geruch schon bei einem Fünftel des Richtwertes 1
zu vernehmen.
Die üblichen Maßnahmen gegen eine Belastung von Innenräumen mit
Naphthalin und PAK ist das komplette Entfernen aller belasteten Materiali-
en oder die gasdichte Abdichtung, dabei entstehen hohe Sanierungskosten
und die Räumlichkeiten sind für lange Zeiträume nicht nutzbar.
6.1 Projektierung 1, Klassenraum
Die Lynatox GmbH konnte bereits mehrere erfolgreiche Projektierungen
in PAK belasteten Innenräumen der öffentlichen Hand durchführen. Dabei
handelte es sich zum einen um Klassenräume, zum anderen um Büros mit ver-
8schieden hohen Belastungssituationen. Die Messungen wurden für alle 18 PAK
nach der VDI 4300 Blatt 2 von einem akkreditierten Labor durchgeführt. Die
Funktion der Luftreiniger wurde über einen langen Zeitraum bestätigt. Nach
dem erfolgreichen Test wurden die Luftreiniger abgeschaltet was umgehend
zu einem Anstieg der Werte Führte. Nachfolgen sind die zeitlich aufgelösten
Diagramme der Projektierung zu sehen, nach jedem Diagramm werden die
Werte der Messungen diskutiert.
Abbildung 6: Feldtest der Lynatox Luftreiniger in einem Klassenraum
Das angeführte Beispiel zeigt den Einsatz von zwei Lynatox Luftreinigungs-
geräten in einem PAK belasteten Klassenraum einer Grundschule. Das Gebäu-
de ist ein Typschulbau aus DDR Zeiten, wobei die Belastung durch Teerabdich-
tungen unter dem Estrich stammt. Der Klassenraum hat ein Volumen von 200
m³, wodurch der Einsatz von 2 Geräten nötig war. Mehrere Messungen bestä-
tigten eine Grundbelastung von 16 µg/m³ PAK, somit wurde der Richtwert 1
um 6µg/m³ überschritten was eine erhebliche geruchliche Belastung zur Folge
hatte.
Durch den Einsatz der Luftreiniger konnte die Konzentration im Mittel auf
6,9 µg/m³ gesenkt werden, es stellte sich zum Ende der Projektierung ein Pla-
teau bei 5 µg/m³ ein, somit konnte der Richtwert I ohne aufwendige Sanierung
sicher und deutlich unterschritten werden. Der Geruch des Klassenraums war
am Ende der Projektierung wesentlich unauffälliger.
96.2 Projektierung 2, Büro
Die zweite Projektierung fand in einem Stark belasteten Büro Statt, welches
aufgrund der geruchlichen und Richtwerttechnischen Situation nicht mehr
genutzt werden konnte. Die Anfangskonzentration lag mit 29 µg/m³ nur gerin-
fügig unter dem Richtwer II.
Abbildung 7: Feldtest der Lynatox Luftreiniger in einem Klassenraum
Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Senkung der Grundbelastung. Im Mit-
tel wurde die Belastung von 29,6 µg/m³ auf 6,9 µg/m³ gesenkt, was einer pro-
zentualen Verringerung von 77 % entspricht. Der Raum war somit wieder un-
eingeschränkt nutzbar. Die geruchliche Belastung war wesentlich geringer, die
Subjektive Wahrnehmung der Mitarbeiter des Büros konnten dies bestätigen.
Nach Abschalten des Testgeräts kam es zu einen erneuten Anstieg der PAK
Konzentrationen, was die Wirkung der Luftreiniger nochmals bekräftigt.
10Literatur
[1] Ad-hoc Arbeitsgruppe Innenraumluftverunreinigungen: Richtwerte für
Naphthalin und Naphthalin-ähnliche Verbindungen. In: Bundesgesundheits-
blatt , Nr. 56, S. 1448–1459
[2] Peñafiel Ayala, R. : Photokatalytische Behandlung von biologisch schwer ab-
baubaren Wasserverunreinigungen mit Titandioxid und simuliertem Sonnenlicht.
Berlin, Technischen Universität Berlin, Diss., 2002
[3] Pichat, P. (Hrsg.): Photokatalysis and waterpurification. Wiley VCH, 2013
[4] Salthammer, T. ; Uhde, E. : Organic Indoor Air Pollutants. Wiley VCH, 2007
[5] Verein Deutscher Ingenieure: VDI Messen von Innenraumluftverunreini-
gungen - Meßstrategie für polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe
(PAH), polychlorierte Dibenzo-p-dioxine (PCDD), polychlorierte Dibenzo-
furane (PCDF) und polychlorierte Biphenyle (PCB) , institution = Beuth
Verlag, address = Berlin, year = 1997. – Forschungsbericht
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