WISSENSCHAFTLICHER
BACKGROUND

Was ist das
STEREX-Verfahren?

STEREX ist ein elektro-physikalisches Verfahren zur Desinfektion der Luft in Innenräumen, das – ohne chemische Betriebsmittel – unter Verwendung von Sauerstoff und Wasserdampf der Luft durch Erzeugung eines atmosphärischen Niederdruckplasmas Hydroxyl-Radikale erzeugt, die gegenüber Menschen, Tieren und Pflanzen unbedenklich sind, jedoch eine sehr hohe Desinfektionswirkung gegenüber behüllten Viren, Bakterien und Pilzen aufweisen. Dadurch wird eine zielgerichtete Desinfektionswirkung gegenüber Mikroorganismen erreicht, während das Verfahren parallel zum Aufenthalt von Personen in den Räumen eingesetzt werden kann.

Was ist kaltes atmosphärisches Plasma?

Als Plasma wird in der Physik der vierte Aggregatzustand neben fest, flüssig und gasförmig bezeichnet. Der Begriff „Plasma“ beschreibt ein leitfähiges Gas oder Gasgemisch, durch das im leitfähigen Zustand ein Stromfluss erfolgt. Durch den elektrischen Stromfluss werden Gasmoleküle physikalisch verändert: Aus den Bestandteilen des Gasgemischs entstehen dabei Ionen. Das Plasma verhält sich daher gleichzeitig als Elektronenleiter. Dies ist eine Besonderheit eines Plasmazustandes eines Gases oder Gasgemischs.

Wie erzeugen wir dieses Plasma?

Beim STEREX-Verfahren wird als Gasgemisch, Umgebungsluft sowie der in der Luft enthaltene Wasserdampf verwendet.
Die Reaktionsprodukte in Form von Hydroxyl-Radikalen sind die desinfizierende elektrophysikalische „Spezies“ (kein stoffliches Korrelat) als Produkt der Plasma-Reaktion.
Das Plasma wird also nicht direkt zur Desinfektion genutzt, sondern vielmehr die desinfektionsrelevanten Produkte der Plasma-Reaktion in Form von Hydroxyl-Radikalen.

Das Plasma des STEREX-Verfahrens ist ein atmosphärisches Niedertemperatur-Plasma. Das bedeutet, dass das Plasma bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur ausgeprägt wird.

Ein Inverter erzeugt die notwendige Zündenergie zwischen Platten / Gitter-Elektroden und hält nach Zündung des Plasmas (wenn das Gasgemisch zwischen den Elektroden durch einen elektrischen Zündimpuls leitfähig wurde) den Plasmazustand durch Zuführung eines definierten Stromflusses aufrecht.

Wintersteiger CUBUSAN - Wissenschaft - STEREX - Forscherin

Wie erfolgen die elektro-physikalischen Reaktionen?

Zunächst wird durch den Stromfluss und die Interaktion der Gasmoleküle mit katalytisch wirkenden Elektrodenoberflächen, welche auf das für die Ausprägung des Plasmas notwendige Potential elektrisch polarisiert sind, der Sauerstoff in Sauerstoffradikale gespalten (siehe Gleichung 1). Beim STEREX-Verfahren wird durch die Begrenzung der elektrischen Potentialdifferenz auf < 3 kV einerseits und bestimmte katalytisch wirkende Elektroden-Oberflächen andererseits die Ozonbildung unter toxikologisch relevante Grenzen reduziert. Stickoxide werden nicht gebildet, da hierfür Potentialdifferenzen > 5 kV benötigt würden.

Die zuvor genannten Sauerstoff-Radikale reagieren bei Potentialdifferenzen von < 3 kV und entsprechend katalytisch wirksamen Elektroden-Oberflächen mit Wassermolekülen (Wasserdampf in der Luft = Luftfeuchtigkeit) zu Hydroxyl- Radikalen (siehe Gleichung 2).

Bereits vorhandene Hydroxyl-Radikale (OH°) wirken weiterhin katalytisch auf die genannte Reaktion. In Abhängigkeit des Umgebungsdrucks stellt sich nach einer Sättigungsphase ein Gleichgewicht ein. Beim STEREX-Verfahren – in einem bis zu 120m³ großen Raum – wird dies nach ca. 60 Minuten erreicht. Daher sollte das STEREX-Verfahren immer mindestens 60 Minuten vorlaufen, bevor Räume genutzt werden.

Die Hydroxyl-Radikale weisen in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen unterschiedliche Stabilitäten im Sinne von Aktivitätszeiträumen auf. In staubarmen/staubfreien Räumen werden Aktivitätszeiträume von bis zu 1h beobachtet.
Durch Staubkontaminationen kann dieser Zeitraum reduziert werden. Unter Bedingungen einer gewissen Hintergrund-Kontamination (Raumklasse II) wurden Aktivitätszeiten noch immer im Bereich von 20 bis 30 Minuten festgestellt.

Hydroxyl-Radikale können mit organischen Kohlenstoff-Verbindungen reagieren und diese dadurch physikalisch verändern. Eine mögliche Summenreaktion ist in
Gleichung 3 abgebildet. Die strukturelle Veränderung betrifft insbesondere Fettsäure-Moleküle in Phospholipiden der Zellmembran (= Plasmamembran).

Insbesondere die Plasmamembran-Äquivalente der behüllten Viren (darunter auch SARS-CoV-2) sowie die Zellmembranen von Bakterien und Pilzen werden durch die Wirkung der Hydroxyl-Radikale physikalisch verändert (z.B. Überführung ungesättigter Fettsäuren in gesättigte Fettsäuren; Verkürzung der Alkylreste von Fettsäuren etc.), sodass die Funktion der Zellmembranen nicht mehr gegeben ist und der Mikroorganismus inaktiviert wird.

Die Wirkung erfolgt in der Gasphase (Luft). In der Luft auftretende Aerosole als Flüssigkeitströpfchen mit eingeschlossenen Mikroorganismen reagieren mit in der Luft vorhandenen Hydroxyl-Radikalen, wobei die Plasmamembran der Mikroorganismen nach Gleichung 3 zerstört wird.

Wintersteiger CUBUSAN - Wissenschaft - Chemisch/physikalische Gleichung

Wie wirken sich diese Hydroxyl-Radikale auf Menschen aus?

Bei Zellen höherer Organismen (sog. Eucaryoten, zu welchen neben Pflanzen und Tieren auch der Mensch gehört) ist die Zellmembran in anderer Weise strukturiert.

Das führt dazu, dass Hydroxyl-Radikale praktisch in keiner Weise eucaryotische Zellen nachteilig beeinflussen und die Exposition des Menschen gegenüber Hydroxyl-Radikalen als unbedenklich gilt:

Aus diesem Grund werden Plasmazustände heute schon im Bereich der Wundbehandlung verwendet (z.B. Sanierung von infizierten Wunden durch antibiotika-resistente Bakterien).
Daher kann (und soll) das STEREX-Verfahren im laufenden Betrieb z.B. in Räumen oder raumlufttechnischen Anlagen verwendet werden.