Corona im Klassenzimmer Max-Planck-Forscher entwickeln günstige Alternative zu Luftfiltern

Ein gekipptes Fenster, Schläuche und Ventilator: Mainzer Aerosolforscher haben ein Belüftungssystem entworfen, das mindestens so wirksam wie Luftfilteranlagen sein soll – und nur ein Zehntel kostet.
Max-Planck-Forscher bei der Messung eines selbst entwickelten Belüftungssystems in einer Mainzer Schule

Max-Planck-Forscher bei der Messung eines selbst entwickelten Belüftungssystems in einer Mainzer Schule

Foto: Andreas Arnold / dpa

Die Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie kennen sich aus mit Aerosolen. Gewöhnlich befassen sie sich mit der Zirkulation von Spurenstoffen in der Erdatmosphäre, über Tausende Kilometer hinweg. Doch seit vergangenem Jahr untersucht eine Gruppe von Wissenschaftlern der Mainzer Spitzeneinrichtung, wie sich die Luftpartikel auf vergleichsweise winzigen Distanzen verbreiten: in Klassenzimmern.

Dabei hat ein Team um Ulrich Pöschl eigens ein simples Belüftungssystem für Schulen entwickelt. Der Trick dabei: Durch ein gekipptes Fenster strömt frische, kühle Luft in das Klassenzimmer ein, die warme Atemluft der Kinder lässt die Luft inklusive der Partikel nach oben steigen, wo sie von Abzugshauben eingefangen und durch einen Ventilator im Fenster nach außen befördert werden.

Nun liegen Ergebnisse ihrer Aerosol-Messungen vor. Sie belegen eine hohe Wirksamkeit der Anlage – bei weniger als einem Zehntel der Ausgaben verglichen mit teuren Luftfilteranlagen. »Insgesamt zeigt der Vergleich, dass Fensterlüften mit einfachen technischen Hilfsmitteln wie Ventilatoren und Abzugshauben nicht nur kostengünstig und leicht realisierbar ist, sondern auch besonders effektiv in der Luftreinhaltung und gegen die Aerosolübertragung von Infektionskrankheiten wie Covid-19 oder Influenza«, schreiben die Max-Planck-Wissenschaftler in einem Forschungspapier, das dem SPIEGEL vorliegt. 

Schulen nur schlecht auf eine vierte Pandemiewelle vorbereitet

Damit schalten sie sich in eine Kontroverse ein, die derzeit in Politik und Elternschaft, unter Lehrpersonal und Kultusministerien tobt: Sind die Schulen mit Blick auf die Delta-Variante des Coronavirus ausreichend vorbereitet für einen Schulstart nach den Sommerferien?

Zuletzt war es Bayerns Ministerpräsident Markus Söder (CSU), der sich um die Luftqualität in deutschen Klassenzimmern sorgte: »Über die Sommerpause sollten wir an jeder Schule die Lüftungsproblematik in den Griff bekommen«, sagte er dem »Merkur« in München und dachte öffentlich darüber nach, die Schulen zum Einbau von Luftfilteranlagen zu verpflichten. »Wir haben fast 100.000 Klassenzimmer und Übungsräume, aber die Kommunen haben nur 14.000 Filteranlagen angeschafft oder bestellt. Das reicht nicht«, schimpfte Söder.

Der Einbau solcher Anlagen in die Klassenzimmer stockt. Verantwortlich sind dafür die Schulen und Kommunen vor Ort. Doch neben organisatorischen Problemen sind es auch die hohen Kosten der Anlagen von bis zu 10.000 Euro, die einen flächendeckenden Einsatz erschweren. Das Bundeswirtschaftsministerium förderte seit vergangenem Herbst vor allem Großanlagen, die frische Luft über Rohrleitungen in die Klassenzimmer transportieren sollen.

Wechselunterricht und Homeschooling drohen

Seit Juni gibt es auch Geld aus einem 500 Millionen Euro schweren Topf der Bundesregierung für Filtergeräte, die im Klassenzimmer aufgestellt werden können. Doch bis zum 1. Juli sind nur 176 Anträge eingegangen, von denen 84 im Gesamtwert von 21 Millionen Euro genehmigt worden sind. Bei dem bisherigen Tempo dürfte es bis zum Ende der Ferien nicht genügend Klassenzimmer geben, in denen die Virenlast auf technischem Weg ausreichend gemindert werden kann. Es drohen bei hohen Infektionszahlen erneut Wechselunterricht und Homeschooling.

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Die Max-Planck-Forscher starten daher in dieser Woche einen weiteren Vorstoß, ihr Belüftungssystem als unbürokratische Lösung in die Schulen zu bringen. »Aus unserer Sicht sollte es mit relativ geringem Aufwand und in kurzer Zeit machbar sein, alle Klassenräume mit einem geeigneten Abluftventilator auszustatten«, schreiben sie in ihrer Veröffentlichung. Aerosol-Experte Pöschl hat die Technologie im Klassenraum seiner Tochter installieren und messen lassen. Auch eine Schule in Bayern hat nach den Konstruktionsplänen eine solche Belüftungsanlage eingebaut.

Die Experten aus Mainz sorgen sich insbesondere um den Sommer und den Herbst, wenn die Temperaturunterschiede zwischen drinnen und draußen gering sind. Dann funktioniert das vom Umweltbundesamt empfohlene Stoßlüften nicht besonders effektiv.

Ein simpler Trick, billig und effektiv

Schon ein simpler Trick kann diesen Luftaustausch deutlich erhöhen. Wird nur ein Fenster hinter einem Vorhang oder Vorbau gekippt, dann tritt Frischluft von außen bodennah als sogenannte Quellluft ein (siehe Grafik). Die warme Atemluft der Kinder steigt empor, ein Ventilator, der oben in ein Fenster eingesetzt wird, befördert die Luft aus der oberen Raumschicht dann nach draußen. »Wir waren selbst überrascht, wie effektiv dieses simple System arbeitet«, sagt MPI-Forscher Pöschl dem SPIEGEL.

Darstellung des Funktionsprinzips des Belüftungssystems, dessen Wirksamkeit die Aerosol-Forscher des Max-Planck-Instituts gemessen haben.

Darstellung des Funktionsprinzips des Belüftungssystems, dessen Wirksamkeit die Aerosol-Forscher des Max-Planck-Instituts gemessen haben.

Foto: Max-Planck-Institut für Chemie

Die Anlage lässt sich auch noch ausgefeilter konstruieren. Dafür haben die Max-Planck-Leute aus einfachen Kunststoffschläuchen und Hauben, die über den Schultischen angebracht werden, eine Anlage konstruiert, die die aufsteigende Atemluft direkt über den Schülerinnen und Schülern aufnimmt. Rohrleitungen befördern die Atemluft der Kinder dann nach draußen. Eine Anlage dieser Art kostet nach Schätzung der Forscher nicht mehr als tausend Euro.

Schon allein der Ventilator senke im Vergleich zum Stoßlüften in den Pausen die Aerosolkonzentration der Atemluft und damit das Risiko einer Vireninfektion um etwa den Faktor vier, das entspricht ungefähr der Kombination eines starken Luftfiltergeräts mit Stoßlüften. Beim Haubensystem sei die Wirksamkeit sogar um den Faktor neun besser als das einfache Stoßlüften. »Damit erzielen wir bessere Ergebnisse als Luftfiltergeräte«, sagt Pöschl.

Auch gegen Grippe und Erkältungsviren wirksam

Die Mainzer Forscher begreifen ihr System, aus dessen Konstruktion sie keinerlei Profit schlagen wollen, nicht als unvereinbar mit Luftfilteranlagen. »Es ist jeder Schule unbenommen, auch solche Geräte anzuschaffen«, so Pöschl. Sofern diese mit Dauer- oder Stoßlüften kombiniert werden, könne die Luftqualität dadurch noch weiter verbessert werden. Doch in der Realität verhinderten die Kosten oder andere Probleme die Anschaffung von Luftfiltern. Das führe dazu, dass in vielen Schulen lange nichts passiere oder am Ende gar keine Belüftungstechnik zum Einsatz komme.

»Warum sollten Schulen dann nicht eine unbürokratische, günstige und dennoch wirksame Technik einbauen?«, fragt Pöschl. Auch für die Zeit nach der Pandemie hält es der Aerosol-Forscher für sinnvoll, Ventilatoren zu installieren. »Die Verringerung der Kohlendioxid-, Aerosol- und Virenkonzentration lohnt sich auch allgemein zur Verbesserung der Luftqualität in Klassenräumen und gegen die Infektion mit einer gewöhnlichen Grippe oder Erkältungsviren«, sagt Pöschl.

Bei der Vorstellung der Max-Planck-Technik im vergangenen Herbst kam von einem Teil der Forschergemeinde Kritik, unter anderem wegen einer möglichen Brandgefahr, insbesondere aber in Bezug auf die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Variante. Ein Gutachten zur Brandgefahr konnten die Max-Planck-Forscher bereits vorlegen. Jetzt fühlen sie sich durch ihre Messungen bestätigt. Die Veröffentlichung wollen sie nun zur Begutachtung durch externe Kolleginnen und Kollegen vorlegen, damit sie in einem Wissenschaftsjournal erscheinen kann.

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