Fundamentals of energy efficient precipitation and inactivation of COVID-19 aerosols by means of an ozone-free electrostatic precipitator designed for indoor use.
Final Report Abstract
Elektroabscheider sind ein vielversprechender Ansatz für die Reduzierung von virushaltigen Aerosolen in Innenräumen, weil die Druckverluste bei der Durchströmung sehr niedrig sind (im Bereich von wenigen Pa), so dass geräuscharme Ventilatoren eingesetzt werden können. Die Herausforderung liegt darin, möglichst hohe Abscheidegrade zu erreichen, und gleichzeitig die Ozonbildung so gering zu halten, dass die erlaubten Werte auch bei mehrfacher Passage durch den Abscheider nicht überschritten werden. Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene aus der Literatur bekannte oder abzuleitende Ansätze zur Reduzierung von Ozon auf ihre Tauglichkeit überprüft. Bei einer Einstrahlung mit langwelligem UV-Licht (260 nm, 10 J/m³) konnte kein messbarer Effekt erreicht werden. Die elektrische Beheizung der Koronaelektroden ist grundsätzlich wirksam, aber für eine praktische Anwendung nicht effizient genug. Die seit Langem bekannte Verwendung sehr dünner drahtförmiger Koronaelektroden hat sich als sehr wirksam bestätigt, führt bei der konkreten Forderung nach Ozonkonzentrationen unter 30 bis 50 ppb aber zu sehr dünnen, kaum noch handhabbaren Drahtdurchmessern von 50 µm abwärts. Da die Ozonerzeugung bei Drähten annähernd linear mit dem Koronastrom und dem spezifischen Leistungseintrag SIE anwächst, müssen geeignete Innenraum-Elektroabscheider grundsätzlich möglichst energieeffizient arbeiten. Das führt zu 2-stufigen Konstruktionen, die generell energieeffizienter sind. Die positive Polarität erzeugt, bezogen auf gleichen SIE, wesentlich (ca. 5-fach) weniger Ozon. Bezogen auf gleichen Abscheidegrad ist der Vorteil der positiven Polarität aber deutlich geringer und liegt nur bei ca. 50% geringerer Ozonbildung. Der Versuch, dünne Drähte durch andere (besser handhabbare) Elektrodenformen zu ersetzen, die ebenfalls kleine Krümmungsradien besitzen (Drahtspitzen, Folienkanten), führte zu überraschenden Ergebnissen bei der Ozonbildung. Insbesondere wurden gerade mit positiver Korona z.T. sehr hohe Ozonwerte gefunden, die entgegen der Erwartung höher waren als mit negativer Korona. Auch wurde ein deutlicher Einfluss der Einbausituation gefunden. Hier besteht offenbar noch erheblicher Forschungsbedarf. Die Ergebnisse zur Ozonbildung werden aktuell nochmals überprüft und sollen später auch veröffentlicht werden. An einem Demonstrationsmodell konnte gezeigt werden, dass mit einen SIE von 200 – 450 J/m³ (Energieverbrauch entsprechend einem Filter mit einem Druckverlust von 200 – 450 Pa) und Ozonwerten von 15 – 30 ppb im Reingas mittlere Abscheidegrade von 88 - 92% erreicht werden können. Im typischen Größenbereich von Virusaerosolen (d.h. oberhalb 200 nm) lagen die Abscheidegrade etwas höher, bei ca. 95%. Dieses Ergebnis zeigt, dass Elektroabscheider zur Aerosolkontrolle in Innenräumen grundsätzlich geeignet sind, und sollte ein Anstoß sein für weitere Entwicklungen im Bereich der Raumluft-Elektroabscheider.
Publications
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Indoor ESPs for Virus Aerosol Abatement: New Approaches for Ozone Reduction. Poster, Jahrestreffen der ProcessNet Fachgruppen Gasreinigung, Abfallbehandlung, Energieverfahrenstechnik, Hochtemperaturtechnik, Bamberg 2022
Parvathy Kizakanveatil Subhash, Ulrich Riebel & Jan Stepputat
