UV-Licht, oft auch Schwarzlicht genannt, kennt man aus Clubs und Bowlinghallen – es bringt Zähne, helle Kleidung und sogar manche Drinks zum Leuchten. UV-Licht kann jedoch noch viel mehr, zum Beispiel Bakterien, Viren und Pilzsporen abtöten. In der Industrie ist die Desinfektion durch UV-Licht weit verbreitet. So wird Trinkwasser durch UV-Licht entkeimt und erst dann ins öffentliche Wassernetz eingespiesen. In der Medizin und der Tierzucht, der Lebensmittel- sowie der Pharmaindustrie werden damit Oberflächen, Flüssigkeiten und Luft von gefährlichen Keimen, Erregern und Schimmelpilzen befreit.
Das UV-Licht besteht aus drei Spektren. UVA- und UVB-Strahlung sind allgemein bekannt, wir schützen uns mit Sonnencreme dagegen. Weniger bekannt ist die UVC-Strahlung, denn sie kommt auf der Erde nicht in natürlicher Form vor – die Ozonschicht der Atmosphäre absorbiert sie. Genau diese UVC-Strahlung eignet sich zur Desinfektion, denn sie ist sehr energiereich und tötet bei ausreichender Bestrahlung Bakterien, Viren und weitere schädliche Organismen zuverlässig ab, indem sie ihre DNA zerstört. Die Methode kommt im Gegensatz zu chemischen Desinfektionsmitteln ohne unerwünschte physikalische Nebenwirkungen aus. Chlor verändert zum Beispiel den Geschmack von Wasser. Der vom IET Institut für Energietechnik untersuchte UV-Lichtbereich desinfiziert hingegen rückstandsfrei sowie geruchs- und geschmacksneutral.
LEDs statt Quecksilberdampf-Lampen
HSR/Urs MatterSolche UVC-Leuchtdioden können Flüssigkeiten von Bakterien, Viren und weiteren Organismen befreien.
Bisher wird die UVC-Strahlung in der Industrie vor allem mit Quecksilberdampf-Lampen erzeugt. Diese haben jedoch einige Nachteile. Sie enthalten giftiges Quecksilber, das beim Bruch der Lampe in die Umwelt gelangt. Zudem benötigen sie meist einige Minuten Aufwärmzeit, bis sie ihre volle Leistung abgeben, sind verhältnismässig gross, können nicht punktuell bestrahlen, benötigen eine Spannung von mehr als 50 Volt und altern schneller bei häufigem Ein- und Ausschalten.
Seit etwa fünf Jahren kann UVC-Strahlung auch mit UVC-LEDs erzeugt werden – ohne die Nachteile der Quecksilberdampf-Lampen. UVC-LEDs sind ähnlich gross wie normale LEDs, bestehen jedoch aus anderen Materialien, lassen sich mit nur 6 bis 9 Volt Spannung betreiben, enthalten keine Giftstoffe und lassen sich ohne Auswirkungen auf die Lebensdauer beliebig oft ein- und ausschalten. Zudem arbeiten die grossen Leuchtmittelhersteller fieberhaft an Verbesserungen – gegenüber dem letzten Jahr hat sich die Leistung der LEDs verdoppelt. Gründe genug für die HSR Forschenden des IET Institut für Energietechnik, sich intensiv mit der Anwendbarkeit der neuen Technik zu befassen.
Die beste LED für den besten Preis
UVC-LEDs sind so klein, dass sie sogar direkt in einem Wasserhahn eingesetzt werden könnten – eine unvorstellbare Anwendung für eine Quecksilberdampf-Lampe. Gerade für die Desinfektion von Wasser untersuchen die IET-Forschenden derzeit die aktuell leistungsstärksten UVC-LEDs in Hinblick auf ihre desinfizierende Wirkung gegen Bakterien, Viren, Phagen und Pilzsporen. Denn die Herstellerangaben alleine reichen für eine zuverlässige Einschätzung der Desinfektionsleistung nicht aus.
HSR/Urs MatterEine UVC-LED ist kaum so gross wie ein Streichholzkopf.
«Die Kombination aus Bestrahlungsstärke, Bestrahlungszeit und Wellenlänge ist je nach Ziel-Organismus anders – so lassen sich etwa Bakterien wie Escherichia coli schneller und mit weniger Leistung abtöten als Bacillus-subtilis-Sporen», sagt Projektingenieur Raffael Palazzolo. In den Testreihen konzentriert sich das IET deshalb auf die effektive Bestrahlungsdosis, also die Energie, die tatsächlich auf die Test-Organismen einwirkt. Für eine medizinisch sichere Desinfektion müssen im Test 99,99 Prozent der Bakterien in einer Petrischale getötet werden. «Unser Ziel ist es, die LED mit dem besten Kosten-Nutzen-Verhältnis zu ermitteln», sagt Palazzolo. Nur so werden mobile Anwendungen für den Privatgebrauch denkbar. Palazzolo nennt unter anderem den Einsatz in Klimaanlagen oder im Outdoor-Bereich, beim Camping oder bei Outdoor-Sportarten, als mögliche Anwendungsgebiete.
Bis die beste UVC-LED für eine massentaugliche Nutzung bekannt ist, werden im IET noch einige Monate vergehen. Die nächste Generation UVC-LEDs steht bereits zur Verfügung und will ebenfalls in Versuchsreihen getestet werden.
Hochschule Rapperswil HSR
