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Elektroden im Vergleich

Plattenelektrode

• Dieelektrikum, in der Regel organisch beidseitig mit einem metallischen Leiter beaufschlagt
• Flächenplasma, angelegte Spannung je nach Hersteller zwischen 2 x 1500V und 2 x 2500 V
• Frequenz 100 Hz, nicht berührungssicher, Haltbarkeit begrenzt
• stark anfällig gegen Verschmutzungen wie Staub und Fett
• sehr schwer zu reinigen
• > 90 % der Luft strömt nur am Plasma vorbei
• Prüfung der Elektroden mit höherer Spannung nicht möglich

Kabelelektrode

• Dieelektrikum organisch
• elektrischer Leiter vom Dieelektrikum umschlossen von Flächenplasma
• angelegte Spannung je nach Hersteller zwischen 2 x 1500V und 7000V
• Frequenz 100 Hz
• berührungssicher
• Haltbarkeit begrenzt
• anfällig gegen Verschmutzungen wie Staub und Fett
• schwer zu reinigen
• > 90 % der Luft strömt nur am Plasma vorbei
• Kann mit leicht erhöhter Spannung geprüft werden, max. 50% höher
• wird nur noch von einem Hersteller für Plasmamodule verwendet

Volumenplasma

• Dieelektrikum anorganisch
• elektrischer Leiter vom Dieelektrikum umschlossen
• Volumenplasma
• Angelegte Spannung Haushalt 2 x 2500V / Industrie 2 x 4000V
• Frequenz 100 Hz
• Berührungssicher
• Haltbarkeit nahezu unbegrenzt
• Kaum anfällig gegen Verschmutzungen wie Staub und Fett
• Leicht zu reinigen
• 20-30% der Luft strömt durch das Plasma
• Jede einzelne Elektrode wird mit 28000V geprüft — entspricht Haushalt 5,6-fach höher / Industrie 3,5-fach höher

NT-Plasma ist nicht gleich NT-Plasma



Die NT-Plasmatechnologie gewinnt in der Luftreinigung und Luftdesinfektion neben der UV-C-Technik immer mehr an Bedeutung. Über deren Funktion und Wirksamkeit gibt es im Expertenkreis kaum unterschiedliche Meinungen. Sie wird als äußerst effektiv und energiesparend eingestuft. Jedoch ist die Mehrzahl der Experten der Meinung, dass es bei den Reaktionen im NT-Plasmafeld zu unerwünschten Nebenprodukten kommt. Zunächst werden die entstehenden Stickstoffverbindungen angeführt, die in der Luft als Kristallierungskern für Feinstaub fungieren. Es stellt sich also zunächst die Frage, ob dem so ist und ob dies bei allen NT-Plasmaverfahren so ist. Als typische Produkte des Plasmafeldes gelten Ozon, Stickoxide und Salpetersäure (typischer Plasmageruch). Entstehen diese Produkte immer und wenn ja, in welchem Verhältnis zueinander entstehen sie?

Die Plasmachemie besagt, dass es bei Elektronenenergien von 3 – 10 eV zur Radikalbildung und Dissoziation kommt. Bei Ladungen oberhalb von 10 eV kommt es zur Ionisierung. Im Plasmafeld versucht man in der Initiierungsphase Sauerstoff im Triplettzustand und OH- Radikale (bei feuchter Luft) zu erzeugen. Der Triplettsauerstoff entsteht am besten bei der Sauerstoff Dissoziation, also dem Zerfall des Sauerstoffmoleküls. Diese regen dann die Wassermoleküle in der feuchten Luft an und es entstehen die OH-Radikale. Beide Reagenzien führen dann zur Luftreinigung (kalte Oxidation der Geruchsstoffe). Die Frage lautet, wie man die Entstehung der Stickoxidverbindungen minimieren kann. Zum besseren Verständnis folgendes Bild.

Rot: Plasmaelektrode mit dem Volumenplasma, 5,6 eV

Grün: Elektrode mit Wickeldraht, z.B. 9,1 eV

Blau: Plattenelektrode, z.B. 14,4 eV

Man erkennt, dass bei dem Volumenplasma der oxytec Elektrode genau der Peak der O2 Dissoziation getroffen wurde, der gleichzeitig die niedrigste Bildung von Stickoxiden aufweist (N2 Dissoziation oder N2 Ionisation). So ist es mit der oxytec Elektrode gelungen, zwei Vorgänge zu vereinen: Höchste Energieausbeute zur Initiierung von Triplettsauerstoff bei gleichzeitigem Verzicht auf die Entstehung von Stickoxidverbindungen und damit von schädlichen Verbindungen (Feinstaub).

Daraus folgt, dass die Effizienz bezüglich der gewünschten Reagenzien bei der oxytec Elektrode am größten ist und dabei am wenigsten schädliche Nebenprodukte (Stickoxide) entstehen.

Bindungseigenschaften des Ozons

1. Eigenschaften des Ozons

Ozon ist ein Gas, das aus der Reaktion von Sauerstoff mit einer Bildungsenthalpie von ΔG=+327 kJ/Mol entsteht. Der positive Wert der Bildungsenthalpie von Ozon zeigt, dass die Bildung von Ozon aus Sauerstoff nie freiwillig, sondern nur unter Energiezufuhr stattfinden kann. Ozon (O3) zerfällt spontan in O2 und ein freies Sauerstoffatom. Über letzteres wird eine stark oxidative Reaktivität vermittelt. Ozon selbst kann an Doppelbindungen organischer Moleküle sogenannte Ozonide bilden, die spontan bis explosionsartig zerfallen können und ist in der Lage, kurzwellige UV-Strahlung zu absorbieren.

2. Bindungsstruktur des Ozons

Das Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen, deren Bindungszustand durch die Molekulartheorie erklärt werden kann. Mit der Molekulartheorie (kurz: MO-Theorie) werden die einzelnen Orbitale, also der Ort, an dem sich Elektronen je nach Energiezustand aufhalten, dargestellt. Ein Orbital zeigt wo sich Elektronen aufhalten können und es somit auch Lösungen quantenmechanischer Gleichungen gibt. Jedes Orbital kann mit maximal mit 2 Elektronen besetzt sein, deren Spin entweder gleichgerichtet entgegengesetzt gerichtet sein können. Weiterhin wird durch die Orbitale und deren Besetzung die Elektronendichte zwischen den einzelnen Sauerstoffatomen und somit auch die Stabilität der jeweiligen Ozon-Modifikation erklärt. 

Für das Ozon ergeben sich so 3 Wahrscheinlichkeiten für diese Anordnung der Orbitale mit den nachstehenden Bezeichnungen:

• Bonding (Niedriges Energie Niveau, wenig stabil und wenig reaktiv)
• Non-Bonding (Mittleres Energie Niveau, stabil und reaktiv)
• Anti-Bonding (Sehr hohes Energie Niveau, sehr stabil und hoch reaktiv)

Bild: Orbitalanordnung für das Ozon (π1: Bonding, π2: Non-Bonding, π3: Anti-Bonding) Im Fall π1 ist die Elektronendichte in der Nähe des Kerns am größten und verteilt sich gleichmäßig über die drei Sauerstoffatome. Mit steigender Energie verteilt sich die Elektronendichte zunächst auf die äußeren 2 (π2) und danach auf die 3 (π3) Sauerstoffatome, jedoch nicht gleichmäßig (siehe Bild).

3. Reaktivität des Ozons

Mit allen Ozonmodifikationen (π1, π2 und π3) können Additionsreaktionen durchgeführt werden. Als Beispiele dafür können der Formaldehyd- und Methanabbau oder die Spaltung von Doppelbindung nach Criegee genannt werden.

Sowohl mit der Corona-Entladung als auch mit der oxytec-Plasmatechnologie (Ionisierung) können neben der Additions- auch Substitutionsreaktionen durchgeführt werden. Die dafür notwendige Energie liegt in einem spektralen Bereich von λ<170nm. Diese Ozonmoleküle (π2 und π3) sind sehr stabil, reaktiv und haben eine hohe Stabilität, wenn nicht andere Stoßpartner im System enthalten sind, an die die Anti-Bonding Spezies die Energie übertragen können.

• Corona Entladung leicht Bonding und viel Non- und Antibonding
• Ionisation NT-Plasma) Bonding Ozon und leicht Non-Bonding
• UV - Lampe (>170nm) Bonding Ozon

Die hochenergetische Version des Ozons (Anti-Bonding und Non-Bonding) kann nicht durch UV-Strahlung >185nm erzeugt werden. Dies wird jedoch möglich, wenn die höherenergetische Plasma-Technologie eingesetzt wird. Es kommt dann, wenn keine zusätzlichen Stoßpartner im Abluftstrom enthalten sind, zu einem Austausch von z.B. Kohlenstoff oder Halogene durch Sauerstoffatome.

4. Fazit

Der Einsatz von UV-Ozon Technologie (Bonding) ist zwar nicht so effektiv wie der Einsatz von Anti-Bonding oder Non-Bonding Ozon (Entladung und Ionisation), aber immerhin kontrollierbar. Weiterhin ist die Bonding Modifikation weniger aggressiv als bei den andere 2 Typen (Non- und Anti-Bonding), wenn die Reaktivität mit organischen Molekülen betrachtet wird.

Der Einsatz von Entladungs- und Ionisationsplasma zum Abbau organischer Moleküle mit Ozon ist besonders sinnvoll, vor allem unter definierten Anwendungen wie sie in der Industrie vorkommen.

Was Kunden uns fragen: 

Welches Gerät kann ich für welche Anwendung einsetzen?

Das hängt von der Art und Intensität der Luftbelastung, der Raumgröße und den bereits vorhandenen Lüftungsmöglichkeiten ab. Unsere Mitarbeiter beraten Sie gerne, damit Sie das für Sie persönlich optimale Gerät finden. 

Warum arbeiten Ihre Geräte mit Volumenplasma?

Bei allen anderen Raumluftreinigern auf dem Markt wird Flächenplasma verwendet. Dabei strömt die Luft nur an dem Plasmafeld vorbei und reagiert mit den darin freigesetzten Stoffen. Bei unserem Plasmamodul wandert die Luft durch das Plasmafeld und verwandelt sich kurzfristig selbst in Plasma. Dadurch werden alle Viren, Bakterien, Schadstoffe, Allergene und Geruchsmoleküle in der Luft unschädlich.

Warum heißt es kaltes Plasma?

Unser Plasmamodul ionisiert nur einen kleinen Teil der Moleküle. Dadurch wird ein Cocktail an extrem kurzfristigen Reaktionen in Gang gesetzt. Doch der größte Teil des Moleküls und die Luft oder das Gerät werden nicht erwärmt.

Sind Ihre Luftreiniger auch wirksam, wenn das Corona-Virus mutiert?

Sie wirken gegen alle Formen von Viren und Bakterien sowie multiresistente Keime. Auch alle aktuellen und künftigen Mutationen des Corona-Virus werden durch unsere Plasmageräte unschädlich gemacht.  

Hat das Plasma-Modul einen hohen Energieverbrauch?

Das Plasma-Modul verbraucht bei Betrieb nur 7 Watt Strom, im Standby 0 Watt. Bei einer Stunde Betrieb der Filteranlage am Tag kostet dies weniger als einen Euro im Jahr. 

Warum wird in den Geräten zusätzlich zu dem Plasmamodul ein Aktivkohle-Filter verwendet?

Der Aktivkohle-Filter dient als Katalysator für die chemischen Reaktionen. Er oxidiert die noch vorhandenen Rest an reaktiven Stoffen. Aktivierter Sauerstoff (O₃) wird wieder in Sauerstoff (O2) umgewandelt. 

Wie aufwändig ist die Wartung des Aktivkohlefilters?

Die Wartung ist extrem einfach. Bei normalem Kochverhalten muss die Aktivkohle zum Beispiel bei einer Dunstabzugshaube erst nach fünf bis sieben Jahren gewechselt werden.

Ist dieses Verfahren gesundheitlich unbedenklich?

Ja. Das ist wissenschaftlich vielfach nachgewiesen worden, zuletzt durch eine aufwändige Studie des Fraunhofer Instituts für Bauphysik (IBP). Es gibt keine kritische Belastung der Luft durch Nebenprodukte. Gerne können Sie entsprechende Studien bei uns anfordern.