Aktivkohles Einfluss auf die Luftreinigungs-Effizienz

Moderne Systeme zur Luftreinigung sind aufgrund der Vielseitigkeit von Aktivkohle bei der Filterung selbst der schwer fassbaren luftgetragenen Kontaminanten, die die erste Filtrationsphase überlebt haben, zunehmend komplexer und effizienter geworden. Während HEPA-Filter auf Partikel ausgerichtet sind, arbeitet Aktivkohle bei der Entfernung und Adsorption gasförmiger Schadstoffe, Gerüche und flüchtiger organischer Verbindungen, die die Innen-/Außenluft belasten. Im Gegensatz zu den meisten Kontaminanten sind diese Schadstoffe für das bloße Auge unsichtbar, weshalb Luftreiniger mit Aktivkohle, Klimaanlagen (HVAC-Systeme) und andere industrielle Absorber so effektiv dabei sind, die Reinigungsleistung zu verstärken. Dieser Artikel zielt darauf ab, die verschiedenen Methoden und das Ausmaß darzulegen, in denen Aktivkohle bei der Reinigung der Luft hilft und ihre nachweisbare Wirksamkeit unterstreicht.

Adsorptionsmechanismus für gasförmige Kontaminanten

Der Grund dafür, dass Aktivkohle die Effizienz von Luftreinigern stärker verbessert als andere Materialien, liegt vor allem an ihrer einzigartigen Fähigkeit der `Adsorption` von gasförmigen Schadstoffen. Während des Hochtemperatur-Aktivierungsprozesses entwickelt Aktivkohle eine mikroskopisch feine Porenstruktur, wodurch die Oberfläche der Aktivkohle mehrere hundert Quadratmeter pro Gramm erreichen kann. Wenn Kohlebetten verwendet werden, wird die kontaminierte Luft durch diese Betten geleitet, und die gasförmigen Moleküle werden durch Biotransfer in die Poren der Kohlepartikel hineingezogen. Dieses Verfahren wird hauptsächlich bei verschmutzter Luft angewandt, die flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Toluol aus Reinigungsmitteln, Formaldehyd in Kraftstoffen und Farben sowie weitere Schadstoffe enthält. Andere gasförmige Schadstoffe, die durch dieses Verfahren entfernt werden können, sind Ammoniak und Schwefeldioxid. Sobald die Luft gesättigt ist, ändert sich die Kohlenstoffstruktur nicht weiter und es entstehen keine Nebenprodukte, da keine chemischen Reaktionen stattfinden.

Gezielte Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs)

Die Exposition gegenüber flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Luft kann bekanntermaßen das Atemsystem reizen und aufgrund der Fähigkeit dieser Substanzen, gängige Filter zu umgehen, langfristige Komplikationen verursachen. Dieses aufgefeilte Problem bei der VOC-Filterung wird durch Aktivkohle gelöst, die dafür bekannt ist, VOCs effizient zu adsorbieren. Dies macht sie zu einer hervorragenden Alternative zu Luftfiltern in Neubauten, Druckereibüros und anderen VOC-reichen Umgebungen. Aktivkohle-Luftfilter haben sich als wirksam bei der Entfernung von VOCs aller Molekülgrößen und Polaritäten erwiesen, dank ihrer charakteristischen porösen Struktur. Formaldehyd und Xylol beispielsweise, mit Molekulargewichten von beziehungsweise 30,03 g/mol und 106,16 g/mol, werden durch Mikroporen beziehungsweise Mesoporen mit Größen von < 2 bzw. 2-50 Nanometern gebunden. Eine solch zuverlässige und schnelle Adsorption ist der Grund dafür, dass Luftfilter mit Aktivkohle besser funktionieren als Luftfilter mit normalen mesoporösen Filtern.

Beseitigung von Gerüchen und üblen Gerüchen

Üble und sogar problematische Gerüche werden oft durch gasförmige Verbindungen wie Schwefelwasserstoff (der Geruch von faulen Eiern), Mercaptan (der Geruch von Abwasser) und sogar bestimmte flüchtige Fettsäuren (Gerüche, die mit bestimmten Kochdüften in Verbindung stehen) verursacht und stellen ein großes Problem für die Luftqualität sowohl in Wohnräumen als auch in gewerblichen Bereichen dar, insbesondere für Gastronomiebetriebe und sogar Abfallbehandlungsanlagen. Die Wirksamkeit und das Wohlbefinden hinsichtlich Luftqualität werden durch den Einsatz von Aktivkohle verbessert, da diese problematische, lästige und manchmal geruchsbildende Verbindungen in der Luft erheblich reduziert oder sogar vollständig entfernt. Die geruchsbildenden Moleküle werden dabei nicht einfach überdeckt, sondern gezielt gebunden und neutralisiert – ein Ergebnis der großen Oberfläche und der porösen Mikrostruktur der Aktivkohle. In Küchen-Luftreinigern beispielsweise werden Koch- und Essensgerüche sowie sogar Kochdünste effektiv gebunden. In Haushalten mit Haustieren werden Ammoniak aus Urin, Gerüche durch Schuppen (Hautschuppen) und sogar Uringeruch aufgefangen. Das Geruch-entfernen ist somit ein Feature, das Aktivkohle als wesentlichen Bestandteil in Luftreinigern auszeichnet. Dies liegt vor allem daran, dass sie einen Bedarf abdeckt, dem herkömmliche Partikelfilter nicht gerecht werden können.

Ergänzende Rolle mit Partikelfiltration

Die Partikelfilter (wie HEPA-Filter) arbeiten effektiver, wenn sie zusammen mit Aktivkohlefiltern eingesetzt werden, wodurch die Arbeitsbelastung des Systems verringert wird. HEPA-Filter fangen luftgetragene Partikel wie Staub, Pollen, Schimmelsporen und Haustierschuppen ein, doch diese Filter sind weiterhin nicht in der Lage, mit VOCs und Gasen fertig zu werden. An dieser Stelle zeigt sich das Zusammenspiel von Aktivkohle und HEPA-Filtern als vorteilhaft, da sie sowohl Partikel als auch gasförmige Verunreinigungen entfernen können, was insbesondere für die Gesundheit von Vorteil sein könnte. Ein Beispiel hierfür ist die Anordnung der Filter in häuslichen Luftreinigern. Die Luft durchläuft zunächst den Vorfilter, der größere Partikel auffängt, gefolgt von einem Aktivkohlefilter, der die Verunreinigungen adsorbiert, manchmal auch als Kohlefilter bezeichnet. Als letztes in der Reihe kommt der HEPA-Filter zum Einsatz, der feine Partikel abfängt. Die Kombination all dieser Filter sollte in der Lage sein, die meisten gängigen biologischen Verunreinigungen einer breiteren Filterklasse zu entfernen, was deutlich effektiver arbeiten wird als ein einzelner Filter.

Verbesserung der Leistung von Klimaanlagen

Die Verwendung von Aktivkohle in Klimaanlagen verbessert deren Luftreinigungswirksamkeit erheblich. Da Klimaanlagen über Filter verfügen, die flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Rauch und Gerüche aus der Luft entfernen, verhindern diese Filter die Wiederverwendung von Schadstoffen. Auch andere Gase wie korrosive Gase, die die Spulen und Ventilatoren der Klimaanlagen schnell korrodieren und beschädigen könnten, werden absorbiert, was zu einer besseren Energieeffizienz und längeren Systemlebensdauern führt.

Industrielle Anwendungen zur Luftreinigung

Aktivkohle hat sich in Bereichen mit starker Luftverschmutzung als nützlich erwiesen. Ein Beispiel dafür ist die Reinigung. In chemischen Lackierindustrien wird Aktivkohle in die Abluftreiniger gefüllt. Sie entfernt chemische Dämpfe, toxische Gase, flüchtige organische Verbindungen und gefährlichen Industrieabgasen. Zudem schützt sie die Arbeiter und die Umwelt.
Neben den Dämpfen und chemischen Emissionen enthält die chemische Abluft in der chemischen Industrie auch schädliche Substanzen wie Chlor und Chlorwasserstoff. Aktivkohle-Wäscher entfernen solche schädlichen Verbindungen und erzeugen Emissionen, die für die Umwelt sicher sind. Diese Systeme verbessern zudem die Luftqualität am Arbeitsplatz. In vielen Ländern gibt es strenge Vorschriften für die Behandlung großer Mengen kontaminierter Luft. Eine erhebliche Verbesserung der Luftqualität am Arbeitsplatz erhöht die Einhaltung solcher Vorschriften.

Einflussfaktoren auf die Effizienz von Aktivkohle

Aktivkohle weist Faktoren auf, die ihre Fähigkeit beeinflussen, die Reinigungseffizienz zu verbessern, wie z. B. die Art der verwendeten Kohle, innere Poren, Kontaktdauer und Luftfeuchtigkeit. Das Volumen der bei Klimaanlagen verwendeten Aktivkohlegranulat ist GAC (granular activated carbon), aufgrund seiner hohen Rückhaltekapazität und langen Lebensdauer. PAC (pulverförmige Aktivkohle) wird in kleinen Luftreinigern verwendet, da sie über eine schnellere Rückhaltekapazität verfügt. Die Funktion der Poren ist ebenso wichtig – Kohle mit einem höheren Anteil an Mikroporen ist besser geeignet, um kleine flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu binden, während ein höherer Anteil an Mesoporen besser für größere Moleküle ist. Auch die Kontaktdauer ist von Bedeutung – die zeitliche Steuerung des Luftstroms durch das Kohlebett. Die Effizienz verbessert die Reinigungs-Kontaktdauer, die Luft ist geringer.

Überschüssige Feuchtigkeit muss entfernt werden, um die Effizienz zu steigern, da die Feuchtigkeit gasförmige Schadstoffe absorbiert. In solchen Fällen werden Trocknungsverfahren angewandt, da diese die Rückhalteeffizienz erhöhen können, und oberhalb des Taupunkts ist das Dampfverhältnis diffusionsbegrenzt.

Wartung für nachhaltige Effizienz

Um die Effizienz eines Luftreinigers aufrechtzuerhalten, ist eine angemessene Pflege der Kohlenstoffkomponenten entscheidend. Im Laufe der Zeit werden die Kohlenstoffadsorber kontaminiert und verlieren dadurch ihre Fähigkeit, Schadstoffe zu binden. Abhängig von der Konzentration der Schadstoffe und der Luftstromgeschwindigkeit beträgt die Lebensdauer eines Luftreinigers etwa 3 bis 6 Monate. Industrielle/GAC-Systeme hingegen funktionieren in der Regel deutlich länger, bis eine Reinigung erforderlich ist. Das thermische Regenerieren ist eine kostengünstige Methode, um verbrauchten Kohlenstoff zu regenerieren, und kann für industrielle Anwendungen mit Kohlenstoffbetten eine wirtschaftliche Lösung darstellen. Für den durchschnittlichen privaten Anwender ist es am besten, den vorgeschriebenen Wartungsplan einzuhalten, um die Wirksamkeit sicherzustellen. Filter, die über einen bestimmten Grad hinaus kontaminiert sind, verlieren ihre Fähigkeit, Gase und Gerüche zu binden.