1. Saarland
  2. St. Wendel
  3. Nohfelden

CO2-Ampel soll Infektionsrisiko mit Corona reduzieren

Neue Entwicklung am Umwelt-Campus Birkenfeld : Rote Ampel soll schlechte Luft ausbremsen

Forscher am Umwelt-Campus Birkenfeld und Experten des nationalen Digitalgipfels entwickeln ein quelloffenes System, um das Infektionsrisiko mit dem Coronavirus in Schulen zu reduzieren.

Ganz Deutschland diskutiert das COVID-19-Infektionsrisiko in Innenräumen. Als wesentliche Gefahrenquelle werden beim Ausatmen entstehende feinste Tröpfchen, sogenannte Aerosole, vermutet. Große Tropfen fallen direkt zu Boden, daher ist es wichtig, Abstand zu halten. Mittlere Tropfen verfangen sich im Gewebe der Mund-Nasen-Masken. „Aber feinste Tröpfchen werden nicht vollständig aufgehalten“, weiß Kerstin Görtz, Sprecherin des Umwelt-Campus Birkenfeld. Diese Tröpfchen können Viruspartikel enthalten und schweben längere Zeit in der Luft. „Atmet man diese Aerosole in großer Menge ein, so besteht die Möglichkeit einer COVID-19-Infektion“, erläutert Görtz weiter.

Konkrete Lüftungsempfehlungen zielen darauf ab, die Konzentration an Aerosolen in Innenräumen zu reduzieren. Da diese aber unsichtbar sind, lässt sich der erzielte Lüftungserfolg nur schwer kontrollieren. Örtliche Gegebenheiten beeinflussen den Austausch, Kipplüftung funktioniert nur schlecht, vergeudet Energie und im Winter möchte keiner unnötig frieren. „Fazit: Wir brauchen eine Rückmeldung über den Lüftungserfolg“, sagt Görtz. Und an dieser Stelle kommen nun die Forscher am Umwelt-Campus ins Spiel. Sie nutzen die biologische Korrelation von Aerosolen und Kohlendioxid in der Ausatemluft. Neben feinsten Tröpfchen produziert der Mensch beim Ausatmen auch CO2. Ausatemluft enthält (mit vier Prozent, 40 000 ppm – parts per million, Anteile pro Million) deutlich mehr Kohlendioxid als frische Außenluft (0.04 Prozent, 400 ppm). Glücklicherweise lässt sich die CO2-Konzentration mittels kostengünstiger Sensoren relativ einfach erfassen. „Messen wir eine Konzentration von 1200 ppm und befinden sich mehrere Personen in diesem Raum, so stammt quasi jeder fünfzigste Atemzug, den wir dort machen aus der Lunge eines fremden Menschen. Je höher die Konzentration, desto größer ist das potentielle Infektionsrisiko“ erläutert Professor Klaus-Uwe Gollmer von der Hochschule Trier.

Gemeinsam mit der Expertengruppe IoT im nationalen Digitalgipfel hat die Hochschule Trier mit der IoT2-Werkstatt ein sogenanntes Open-Source-Tool entwickelt. Also ein Programm, dessen Quelltext öffentlich ist. Damit lässt sich ein solcher Sensor einfach im Eigenbau realisieren. „Ziel der IoT2-Werkstatt ist die Verknüpfung von Informatik (Internet der Dinge) mit einem Ding des täglichen Lebens (Sensor, Maschine, Umwelt)“, sagt Sprecherin Görtz. Damit existiere erstmals ein universeller Werkzeugkasten für Tüftler in Schule, Hochschule und Gesellschaft. „Das Internet der Dinge ist die zentrale Technologie vieler Anwendungen im Lebensumfeld der jungen Generation, verknüpft mit der Aufgabenstellung einer Risiko-Ampel ergibt sich ein hoher Mehrwert für alle Beteiligten“, ist Görtz überzeugt.

In diesem Fall sei das zu untersuchende Ding die Umgebungsluft im Klassenzimmer, Seminarraum oder Labor. IoT-Funktionen ermöglichen schulinterne Visualisierung und Wettbewerbe. So lasse sich etwa nachweisen, wer richtig lüftet und trotzdem Heizenergie spart. Beim Selbstbau könnten sich die Schüler aktiv einbringen und die Hintergründe erforschen. Lehrkräfte könnten das Projekt unterstützen und in ihren Lehrplan integrieren. „Die Initiative möchte eine Mitmachaktion fördern und den Nachbau unterstützen“, sagt Görtz. Bauanleitung und Ideen dazu finden sich auf der Homepage des Forschungsprojekts. Also: „Warum eigentlich nicht ein bundesweiter Corona-Thementag zu Schulanfang?“, fragt die Campus-Sprecherin. Im Gegensatz zu einer fertig gekauften CO2-Ampel fördere der Selbstbau fürs eigene Klassenzimmer die wichtige Akzeptanz bei der Nutzung und vermittele so ganz nebenbei auch algorithmisches Denken, MINT-Grundlagen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) und das Gefühl, selbst etwas zur Risikovermeidung und zum Schutz der Gesellschaft beizutragen.

„Im Zusammenhang mit der Corona-Warn-App der Bundesregierung sprechen wir über Vertrauen und Verantwortung in der Gesellschaft. Was ich selbst gebaut habe und dessen naturwissenschaftliche Hintergründe ich verstehe, dem kann ich vertrauen und das werde ich auch nutzen“, ist Professor Klaus-Uwe Gollmer überzeugt. „Reine Baukosten von zirka 100 Euro pro Warn-Ampel und damit zirka vier Euro pro Schüler in der Klasse, würden für alle Schulen bundesweit weniger als 40 Millionen Euro erfordern. Ein sinnvoller Beitrag zur Pandemiebekämpfung und nachhaltige Investition in die Zukunft unserer Gesellschaft.“

 CO2-Ampel als Kunstwerk zur COVID-19 Prävention: Ein solches Gerät selbst zu bauen, fördert die Kreativität und hilft im Kampf gegen die Pandemie.
CO2-Ampel als Kunstwerk zur COVID-19 Prävention: Ein solches Gerät selbst zu bauen, fördert die Kreativität und hilft im Kampf gegen die Pandemie. Foto: A. Guldner/ Hochschule Trier

Und nach der Krise? Eine hohe CO2-Konzentration mindert die Konzentrationsfähigkeit im Unterricht. Ausreichendes Lüften sollte also zur Selbstverständlichkeit im Tagesablauf einer Schulklasse gehören. „Wie sich Stoßlüften und Kipplüften unterscheidet und welche Auswirkungen die Lüftungsarten auf den Energieverbrauch und die CO2-Emmissionen der Schule haben, ist ein weiteres spannendes MINT-Problem, das es im Zeichen der Klimakrise zu thematisieren gilt“, findet Görtz. Gerade das Internet der Dinge biete hier sehr viel Innovationpotential. „Makerspaces, also Räume mit Mikrocontroller, Lötstation und 3D-Drucker, sollten zur Grundausstattung einer modernen Schule und Hochschule gehören, denn wir brauchen eine junge Generation digitaler Tüftler“, meint Professor Gollmer. Als eine Art Technisches Hilfswerk für Digitalisierung hätten Maker-Labore in ganz Deutschland ihren gesellschaftlichen Mehrwert unter Beweis stellen können. Neben der Entwicklung der IoT-CO2-Warnampel hat das INNODIG-Labor am Umwelt-Campus zum Beispiel Masken gedruckt und an einem DIY-Beatmungsgerät mitgearbeitet.