Wie arbeiten Ionisierer?

Im Bereich der Luftbefeuchter gibt es unterschiedliche Gerätetypen mit verschiedenen Arbeitsweisen. Einer dieser Typen ist der Ionisierer? Aber was hat es mit diesem Luftbefeuchtungsgerät auf sich? Und wie arbeitet so ein Befeuchter?

Die Welt der Ionen

Um die Eigenschaft eines Ionisierers näher zu beleuchten, müssen zunächst die Physikkenntnisse aus der Schulzeit aufgefrischt werden. Schließlich wird der Prozess der Ionisation im Alltag kaum thematisiert. Es ist aber nicht so kompliziert, wie es klingt: Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle. Sie entstehen, wenn sich Partikel aus der äußersten Elektronenschale lösen oder freie Radikale aufgenommen werden. Dies geschieht umso häufiger, je mehr Grundgeschwindigkeit (kinetische Energie) die Atome aufweisen.

In der Natur kommt das Phänomen äußerst selten vor. So finden sich der Raumluft etwa 100 Ionen pro Kubikzentimeter wieder. Die höchste Konzentration lässt sich in Meeresnähe und im Hochgebirge (etwa 10.000 Ionen pro Kubikzentimeter) registrieren. Warum das wenig ist, verdeutlicht folgender Vergleich: In einem einzigen Kubikzentimeter Luft befinden sich insgesamt 2,7 Trilliarden (10 hoch 21) Moleküle. Die erste Frage ist damit geklärt. Doch was hat das nun mit der Luftreinhaltung in Innenräumen zu tun?

Optimale Luftreinhaltung für Allergiker

Ganz einfach: Derartig geladene Luftmoleküle sind sehr reaktionsfreudig und wirken stark oxidierend (zersetzend). Auf den menschlichen Organismus ergeben sich hierdurch keine negativen Folgen. Mikroorganismen wie Keime und Pollen besitzen aber weniger Widerstandskraft und werden durch die energiereichen Ionen entweder abgetötet oder oxidiert. Ihre Wirkung geht dabei weit über die herkömmlicher Filteranlagen hinaus, die Staubteilchen nur bis zu einer gewissen Größenordnung aus der Luft entfernen. Ionisierte Moleküle wirken nämlich auf alle Partikel ein, wie winzig sie auch sein mögen. Luftreiniger mit Ionisierer-Funktion repräsentieren daher die gründlichste Methode zur Verbesserung der Raumluft.

Ihr Nutzen für Allergiker versteht sich damit von selbst. Weitere Vorteile zeigt die Technik bei:

• der Reduzierung von Tabakrauch und Schimmelgefahr
• stress- und migräneinduzierten Konzentrationsschwierigkeiten
• chronischer Atemnot
• hoher Luftverschmutzung und Feinstaubkonzentrationen

Bei der Anwendung der Ionisator-Funktion gilt es jedoch eine Besonderheit zu beachten: Die ionisierte Luft lädt sich elektrostatisch auf und konzentriert den Hausstaub auf engstem Raum. Die hierbei entstehenden Cluster lassen sich selbst durch grobporige Luftreiniger leicht aus der Raumluft filtern. Ein Ionisator ohne Filtersystem ist demnach völlig nutzlos. Hier ist besonders bei vermeintlichen Schnäppchen aus fernöstlichen Produktionsstätten Vorsicht geboten. Die in der EU erhältlichen Luftbefeuchter und Reiniger müssen währenddessen der VDI-Richtlinie 6022 „Luftbefeuchtung über dezentrale Geräte“ entsprechen, die integrierte Filteranlagen verbindlich vorschreibt.

Der Ionisierer als winziges Elmsfeuer

Nun wenden wir uns der Funktionsweise der Ionisierer-Technik zu. Diese bedarf  in erster Linie reichlich Energie. In der Welt der Physik sind dutzende Methoden bekannt, um Luftmoleküle zu ionisieren. Bei der elektrischen Luftreinigung haben sich nur zwei davon etablieren können. Das betrifft zunächst die Feldionisation. Sie kommt bevorzugt im industriell genutzten Luftreiniger zum Einsatz und operiert im Hochspannungsbereich. So werden hier zwei hermetisch voneinander getrennte Leiter mit bis zu 12 kV Sägezahn-Spannung aufgeladen. Damit wird die sogenannte Korona-Entladung provoziert, bei der elektrostatisch aufgeladene Luftpartikel kurzfristig leitende Eigenschaften annehmen. In der freien Natur tritt das Phänomen im Umfeld von Gewittern auf und ist dort als Elmsfeuer bekannt. Die dadurch freigesetzte Energie ionisiert die Luftpartikel nachhaltig, verursacht als Nebeneffekt aber erhöhte Ozonwerte. Diese Ionisator-Technik findet sich daher überwiegend in weitläufigen und möglichst menschenleeren Produktionsanlagen wieder. Das betrifft u.a. Klärwerke, Aufbereitungsanlagen für Biomüll und die Papierindustrie.

Ultraviolette Strahlung im heimischen Luftbefeuchter

Im Privatsektor muss der Ionisator schonender und kostenbewusster daherkommen. Die entkeimende Wirkung der ultravioletten Strahlung wird von der Lebensmittelindustrie seit Jahrzehnten und seit dem Ende der 90er auch in der zivilen Lüftungstechnik verwendet. Dabei kommt ein Doppel-Effekt zum Tragen: Die ionisierte Luft wirkt als Magnet für Staubteilchen und anorganische Schadstoffe, während die UV-Strahlen die Zellstruktur von Viren, Schimmelsporen und Bakterien zerstören. Schon ab einer Wellenlänge von 254 Nanometern werden 99,99% der Mikroorganismen abgetötet. Beim heimischen Ionisator ist der UV-Lampe noch ein Staubfilter vorgeschaltet. Bei größeren Lüftungssystemen kommen darüber hinaus zumeist Aktivkohlezellen zu katalysatorischen Zwecken zum Einsatz. Sie bereiten den Sauerstoff zusätzlich auf, sorgen für konstante Luftzufuhr und binden noch enthaltenes Restozon.

Ein praktisches Beispiel für den Nutzen der UV-Strahlung ist der B280 von Brune. Er operiert auf Basis der stromsparenden Kaltverdunstung und ist damit zuweilen ungerechtfertigter Kritik ausgesetzt. So bemängeln Verbraucherschützer zurecht, dass die Technik zu verstärkter Keimbildung neigt. Das ist überwiegend aufs kalkhaltige Leitungswasser zurückzuführen, dessen Rückstände als Brutstätte dienen. Gerade für Allergiker-Haushalte ist das beim B280 verwendete Doppel-Filter-System daher unerlässlich. Hierbei wird die angesaugte Raumluft zunächst durch einen Staubfilter geführt und durchquert dann den Beleuchtungsfilter (Ionisierer). Dort wird sie mit Wasser angereichert, desinfiziert und wieder ausgestoßen.

Als Alternative dazu kommen zuweilen Silberchlorid-Lösungen zum Einsatz, um Wassertanks zu entkeimen. Das geschieht allerdings fast ausschließlich in geschlossenen Systemen (z.B. Durchlauferhitzer) und nimmt in der Luftreinhaltung nur eine untergeordnete Rolle ein.

Die Allzweckwaffe der gewerblichen Luftreinhaltung

Die Einsatzmöglichkeiten der Ionisierer sind damit noch lange nicht erschöpft. So spielen sie unter anderem in der industriellen Sterilisation von Einwegartikeln eine Schlüsselrolle. Auch in Krankenhäusern gelten sie inzwischen als unverzichtbar. Dort werden allerdings besonders aggressive Techniken benötigt, sodass die Ionisation zumeist mithilfe von Plasma-Filtern realisiert wird. Bei der Getränkeherstellung und -abfüllung hat der Ionisator gleich eine Doppelfunktion übernommen. Hier sorgt er zum einen für die schonende Pasteurisation von Bier, Säften und Milchprodukten. Vor der abschließenden Befüllung wird das Leergut dann mit ionisierter Luft ausgeblasen, um Keime abzutöten.

Ein weiteres Einsatzgebiet nähert sich wieder dem Endverbraucher an. Hierbei handelt es sich um besonders kompakte Geräte, sogenannte Ionisationsmodule, die weniger als 12 V Eingangsspannung benötigen. Sie wirken unter anderem im Supermarkt in offenen Kühltheken und ermöglichen dort mitunter den Verzicht von sämtlichen Gehäuseteilen. Die Module werden darüber hinaus in Wäschetrocknern mit Umluftfunktion, der Zubereitung von Speiseeis und in Klimaanlagen von PKWs verwendet. Letzteres ist vor allem dahingehend interessant, weil sich diese Methode auch auf Lüftungssysteme in Wohngebäuden übertragen lässt.

Fazit: Ionisierer gewinnen an Bedeutung

Exakt dieser Prüfung wird sich die Branche schon in naher Zukunft stellen müssen. Schließlich nimmt der Klimawandel in erschreckendem Tempo an Fahrt auf und wird den Wunsch nach klimatisierten Innenräumen in die Höhe schießen lassen. Die aktuelle Generation der Luftbefeuchter deutet die kommende Transformation bereits an und detektiert neben der Luftfeuchtigkeit auch Werte wie Raumtemperatur und Luftqualität. Die Verschmelzung mit der heimischen Klimaanlage ist somit nur noch eine Frage der Zeit. Die Erkenntnisse aus dem PKW-Sektor und den Ionisatoren für Wohngebäude werden dort zweifelsfrei mit einfließen.

Die Ionisierer sind aber auch in ihrer jetzigen Funktion zukunftsfähig: Die Feinstaubkonzentration in den deutschen Innenstädten steigt fortlaufend an und belastet inzwischen nicht mehr nur Allergiker. Vor allem Kinder und Senioren leiden unter den Auswirkungen und benötigen dringend Luft zum Durchatmen. Anders als eingangs vermutet, dient die Technik somit nicht nur zur Verwirrung der Endverbraucher. Sie besitzt wesentlich mehr Substanz und wird unsere Gesellschaft noch über Jahrzehnte begleiten.