UV-Licht entsteht durch Ultraviolettstrahlung, kurz UV-Strahlung, UV-Licht oder UV. Sie ist der energiereichste Teil der optischen Strahlung und umfasst den Wellenlängenbereich von 100 bis 400 Nanometer. Doch was kann UV-Licht zur Luftentkeimung beitragen und wo kommt es zum Einsatz? Das und mehr erfahren Sie in diesem Beitrag.
Was ist UV-Licht?
Es handelt sich um die kurzwellige, elektromagnetische Strahlung im optischen Frequenzbereich. Menschen können das ultraviolette Licht nicht sehen. Für einige Tiere, vor allem für Insekten wie Bienen und Hummeln ist es gut sichtbar, weshalb einige für uns unscheinbare Blüten für Insekten sehr attraktiv sind. Der Begriff „Ultraviolett“ kommt vom lateinischen Wort ultra und bedeutet jenseits von Violett und von dem für uns sichtbaren Spektrum.
Entdecker des UV-Lichtes war der deutsche Physiker Johann Wilhelm Ritter, der 1801 erstmals beobachtete, dass die Strahlen jenseits des violetten Endes des Farbspektrums sehr effektiv beim Abbilden von Fotografien auf Silberchloridpapier sind. Sie stellen das Gegenteil von den „Wärmestrahlen“ oder „Infrarotstrahlung“ am anderen Ende des Spektrums dar. Bis ins 19. Jahrhundert wurde UV als „chemische Strahlung“ bezeichnet. Der österreichische Mediziner Gustav Kaiser entdeckte zu Beginn des 20. Jahrhunderts die heilende Wirkung der UV-Strahlen. Mit UV-Licht können Wunden, Hautkrankheiten und Tuberkulose geheilt werden. Kaiser folgerte daraus, dass UV-Strahlung Keime abtötet.
Gegen welche Keimarten hilft UV-Desinfektion?
Beim Sprechen, Atmen und Husten bilden sich Aerosole in der Raumluft, die ansteckende Bakterien und Viren enthalten können. Mithilfe von professionellen UV-Quellen lässt sich die Reinheit der Luft erheblich optimieren, indem sie Bakterien und Viren effektiv abtöten. Die Mikroorganismen reagieren unterschiedlich auf die UV-Strahlung und sie haben verschiedene „Empfindlichkeitsfenster“. Die photochemischen Prozesse können das Erbgut, die Membran von Bakterien sowie die Hülle von Viren schädigen. Effektive UV-C-Desinfektionsgeräte arbeiten mit Wellenlängen um 254 Nanometer. Die erbgutschädigende Wirkung wurde in mehreren aktuellen wissenschaftlichen Studien bestätigt.
Sicherheitsaspekte und Risiken des UV-Lichtes
Die Sonne strahlt in sichtbarem Licht, im Infrarot- und im UV-Bereich. Bei richtiger Dosierung fördert das UV-Sonnenlicht die Bildung des lebenswichtigen Vitamins D und die Bräunung der Haut. Zu viel UV-Strahlung ist jedoch gesundheitsschädlich und kann zu Sonnenbrand, Hautkrebs und Augenschäden führen. Ärzte warnen deshalb vor zu langen Sonnenbädern und raten zu Sonnencremes mit hohem Lichtschutzfaktor wie LSF 30 oder LSF 50. Das gilt auch bei der Bestrahlung mit künstlichem UV-Licht, beispielsweise in Solarien. Beim Einsatz von künstlicher UV-C-Strahlung ist Vorsicht geboten. Energiereiche UV-A-, UV-B- und UV-C-Strahlung kann akute und chronische gesundheitliche Auswirkungen haben, beispielsweise schmerzhafte Entzündungen am Auge und an der Haut. Auf Dauer kann starkes UV-Licht die Erbsubstanz (DNA) schädigen und die geschädigten Zellen können zu Krebszellen entarten. Deshalb hat die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) alle Wellenlängen der UV-Strahlung, künstlich oder natürlich erzeugt, als krebserregend für Menschen eingestuft.
Anwendungsbereiche
Medizinische Einrichtungen nutzen die Desinfektion per UV-Quellen für die Sterilisation und Hygiene von Räumen, Inventar, Klimaanlagen, Gegenständen und Instrumenten. Sie werden keimfrei durch UV-Quellen wie Mitteldruckstrahler und Niederdruck-Quecksilberdampflampen. Auch UV-Raumdesinfektoren, Sterilbanken und UV-Labore kommen zum Einsatz. UV-Strahlung ist ein wirksames Mittel, um der Bildung von krankenhausspezifischen Keimen entgegenzuwirken, die Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln.
An Arbeitsplätzen müssen bei UV-Strahlungsexpositionen geeignete Schutzmaßnahmen getroffen werden, um Schädigungen von Haut und Augen zu vermeiden. Beispiele sind Sonnenschirme, UV-Strahlen absorbierende Fenster und die Verlegung der Arbeitszeit in die frühen Morgen- oder späten Abendstunden. Zudem kann die Intensität der Belastung mithilfe spezieller Datenlogger aufgenommen werden. Zum Schutz der Bevölkerung vor UV-Strahlung der Sonne wird die Belastung bei verschiedenen Freizeitaktivitäten gemessen.
Anwendungsbereiche von UV-Desinfektion
Ultraviolette Strahlen können Oberflächen, Luft und Wasser desinfizieren. Kurzwellige UV-Strahlung wird in verschiedenen Bereichen zur Desinfektion und Inaktivierung von Viren eingesetzt. Medizinische Einrichtungen und Pflegeheime desinfizieren Räume, Luft und Oberflächen mittels Sterilbanken, Niedrigdruck-Quecksilberdampfröhren und anderen UV-Quellen. Bei ausreichender Dosierung werden die Mikroben in weniger als einer Sekunde inaktiviert. Sogar die Kanäle von Klimaanlagen und Reinräume lassen sich mit UV-Licht desinfizieren. Das geschieht mit Laminar-Strömungs-Anlagen, die mit Ultraviolettstrahlern ausgestattet sind. Als Therapiemittel wird UV-B-Strahlung zum Anregen der Vitamin-D-Produktion oder des zentralen Nervensystems eingesetzt.
Eine weitere sehr verbreitete Einsatzmethode des UV-Lichtes ist die Aufbereitung und Reinigung von Trinkwasser und Schwimmbecken. Seit Beginn der Corona-Pandemie wird die Raumluft in Schulen und Kitas durch stationäre und mobile UV-Strahlern sterilisiert, die auf Basis von UV-C-Strahlung arbeiten. UV-Strahlung ist auch im Bereich Kosmetik hilfreich. Vor allem die UV-A-Strahlung fördert durch Melaninbildung die Pigmentation der Haut. UV-Licht wird in der Chemie zur Synthese und Zersetzung diverser Stoffe eingesetzt, beispielsweise für die Synthese der Vitamine D2 und D3 sowie die chlorfreie Bleichung von Zellstoff.
Auch in Lebensmittelindustrie und Gastronomie wird die UV-Desinfektion für die menschliche Gesundheit eingesetzt. Öffentliche Verkehrsmittel und Räumlichkeiten werden ebenfalls keimfrei durch UV-Licht. Mehr und mehr hält die UV-Reinigungstechnologie Einzug in Privathaushalte und für die persönliche Hygiene. Kleine und handliche UV-Reinigungsgeräte machen Utensilien für Körperpflege und Kosmetik keimfrei durch UV-Licht.
Vorteile von UV-Quellen
UV-Strahlungsgeräte reduzieren und töten Keime ohne den Einsatz von schädlichen Gasen und Chemikalien. Somit hat die UV-Technologie viele Vorteile gegenüber anderen Methoden, beispielsweise Umweltfreundlichkeit, Nachhaltigkeit und Trockenheit. Es entstehen keinerlei Abbauprodukte und Temperaturbelastungen. Die Effizienz der Wirksamkeit von Desinfektionsmaßnahmen mit UV-Licht hängt von der richtigen Dosis ab. Die Bestrahlungszeit muss ausreichend lang und die Stärke der Bestrahlung groß genug sein, um die Mikroorganismen wirksam abzutöten.
Weitere Vorteile der UV-Technologie sind die Effizienz und Geschwindigkeit der Desinfektionsprozesse. Aufgrund der schnellen Reaktion werden die Mikroben in wenigen Sekunden oder Minuten inaktiviert. Geräte und Einrichtungen mit UV-Strahlung können sehr langfristig, effektiv und ohne großen Wartungsaufwand genutzt werden. Deshalb sind die Kosten der Technologie im Verglich zu anderen Methoden relativ gering.
Herausforderungen und Grenzen der UV-Desinfektion
Die COVID-19-Pandemie war und ist weltweit eine neue Herausforderung für Medizin und Hygiene im Alltag. Dadurch kommt die UV-Technologie einmal mehr in den Fokus der Wissenschaft. Neue Techniken werden im Rahmen von Studien in der Praxis erprobt. UV-Strahlung soll Bakterien, Viren und Pilze u. a. an Türgriffen und auf Rolltreppen-Handläufen eliminieren. Parallel wird untersucht, inwiefern UV-Licht die Alterung von Kunststoffen beschleunigt. Schulen, Kitas, pflegerische und medizinische Einrichtungen setzen für die Sterilisation die UV-C-Strahlung ein. Allerdings ist das mit erhöhten Ausgaben für die Anschaffung entsprechender UV-Geräte verbunden.
Natürliche und künstliche UV-Strahlung haben ernsthafte Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen. Kurzfristig können Sonnenbrand und Entzündungen am Auge auftreten. Langfristig führt UV-Licht zu vorzeitiger Alterung der Haut, Hautkrebs und dem Grauen Star im Auge. Das deutsche UV-Schutz-Bündnis wird vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) koordiniert und ist eine Kooperation führender Behörden, Gesellschaften und Organisationen aus Arbeitsschutz, Medizin, Strahlenschutz und Wissenschaft, die sich für den UV-Schutz einsetzen.
Bei der Oberflächen-, Wasser- und Luftentkeimung mit UV-Strahlen kommt es auf die richtige Wellenlänge an. Viren sowie die Sporen von Bakterien und Pilzen können sich durch die Bildung von Radikalfängern und Substanzen wehren, die UV-Strahlung blockieren. Organismen wie Algen, Bakterien und Pilze können sich begrenzt gegen UV-Licht durch aktive Reparaturmaßnahmen zur Wehr setzen. Es ist daher sehr wichtig, die UV-Wellenlänge gezielt auszuwählen, um sie an bestimmte Schwachstellen der Mikroorganismen zu adressieren.
Forschung und Entwicklung in der UV-Sterilisation
Namhafte Institute wie die Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, das Bundesamt für Strahlenschutz-BFS und das Fraunhofer-Institut erforschen und entwickeln die UV-Technologie.
Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB entwickelt hochprofessionelle UV-Lampen und UV-Systeme für die Bereiche Hygiene, Luftentkeimung, medizinische Einrichtungen, Lebensmittel- und Pharmatechnik. Zielsetzung ist, Viren, Bakterien und Sporen auf verschiedenen Oberflächen effizient zu inaktivieren. Zudem bietet das Fraunhofer-Institut verschiedene Services an:
- Beratung zur Auswahl von geeigneten Excimer-Lampen, Gasentladungslampen, UV-LEDs und UV-Quellen,
- Bauen, Auslegen und Implementieren von UV-Quellen,
- Anpassen der Verfahrensweise zur Entfernung von Organismen,
- Ausrichtung der Wellenlänge auf zu inaktivierende schädliche Pyrogene,
- Bewerten der Effizienz von Sterilisationsverfahren auf Kundenmaterial bis Sicherheitststufe S2,
- Beratung, Entwicklung und Prüfung von UV-Quellen für kleine und mittlere Unternehmen am CAmPUS UV-C–Kompetenzzentrum für die Beurteilung von Produkten mit Ultraviolett-Sterilisation.
UV-Schutz-Bündnis
Am Bundesamt für Strahlenschutz wird das fachübergreifende UV-Schutz-Bündnis koordiniert. Die Kooperation von rund 30 Behörden, Gesellschaften und Organisationen aus Arbeitsschutz, Medizin, Strahlenschutz und Wissenschaft setzt sich für gelebten UV-Schutz ein:
- Verantwortungsvoller Umgang mit UV-Strahlung
- Reduktion der Zahl von Hautkrebserkrankungen und anderen gesundheitlichen Schäden durch UV-Strahlung
Fazit
Die UV-Technologie bietet effiziente und sparsame Methoden, um die menschliche Gesundheit zu fördern. Gegenstände, Oberflächen, Raumluft, Wasser und Lebensmittel lassen sich keimfrei durch UV-Licht machen. Weitere Vorteile sind bei dieser Art der Luftentkeimung sind die gute Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit. Im Gegensatz zu flüssigen und gasförmigen Desinfektionsmitteln sind UV-Quellen frei von Chemikalien und werden trocken angewendet.
