Was sind Aerosole?
Ein Aerosol ist ein Gemisch aus festen oder flüssigen Partikeln oder Teilchen in einem Gas. Diese Teilchen sind mikroskopisch klein – so klein, dass sie in der Luft auch über längere Zeit zu schweben vermögen – und werden deshalb als Schwebeteilchen bezeichnet.
Hier interessieren wir uns vor allem für Aerosole in unserer Umgebungsluft. Die Schwebeteilchen heissen Aerosolpartikel oder Aerosolteilchen und werden umgangssprachlich ebenfalls als Aerosole bezeichnet. Von besonderem Interesse sind Aerosolpartikel kleiner als 100 Mikrometer, denn je kleiner diese Partikel sind, desto geringer ist ihre Sinkgeschwindigkeit in der Luft.
Aerosole können in der Luft über mehrere Stunden schweben und auch grössere Distanzen zurücklegen, abhängig von Luftströmung und Ventilation.
Das Aerosol Science Research Center (ASRC) der National Sun Yat-sen University (NSYSU) in Taiwan hat mit seinen Explainer Comics «The Quest of the Virosols» ein sehr anschauliches Lehrmittel geschaffen. Die Bilder aus «The Quest of the Virosols» gehören als Begleitmaterial zum berühmten Paper Airborne transmission of respiratory viruses. Die nachfolgenden Abbildungen stammen aus der deutschen Übersetzung «Die Suche nach den Virosolen» dieser populärwissenschaftlichen Comicserie in der Version «German (Switzerland)». Die Explainer Comics und die zugehörigen Übersetzungen dürfen zu Bildungszwecken öffentlich verbreitet werden, wobei stets die Quelle anzugeben ist.
Wie in Abbildung 1 gezeigt wird, gibt es viele verschiedene Arten von Aerosolen, zum Beispiel Staub in der Raumluft, Zigarettenrauch, Nebel aus einer Spraydose, Strassenstaub, durch Verbrennungsprozesse entstandene Aerosole und natürliche Bioaerosole, welche Pollen, Sporen, Bakterien und Viren enthalten können.
Tröpfchen, Aerosole und Virosole
Beim Niesen oder Husten werden Tröpfchen produziert, welche mit Viren beladen sein können. Als Tröpfchen werden Partikel mit einem Durchmesser von mindestens 100 Mikrometern bezeichnet.
Aerosole sind kleine, unsichtbare Partikel: Kleiner als 100 Mikrometer, mehrheitlich kleiner als 5 Mikrometer. Aerosole werden produziert, wenn Personen sprechen, singen, rufen oder einfach nur atmen.
Virosole sind virenbeladene Aerosole.
Abbildung 2 zeigt die Hauptdarsteller der Explainer Comics, nämlich die Tröpfchen und die Virosole.
Abb. 2. Tröpfchen und Virosole. (Quelle: ASRC)
SARS-CoV-2: Übertragungen via Aerosole dominieren
Beim Atmen, Sprechen, Singen usw. stossen wir respiratorische Aerosolpartikel aus, also Aerosole, die in unseren Atemwegen entstehen. Bei lautem Sprechen, Schreien und Singen sowie beim Sport werden besonders viele Aerosole emittiert.
Virosole – also virenbeladene Aerosole – sind ganz allgemein effiziente Übertrager von Atemwegsinfektionen, denn sie haben eine grössere Reichweite als Tröpfchen, wie Abildung 3 illustriert. In besonderem Masse gilt dies für das hochansteckende SARS-CoV-2 und somit für die Übertragung von COVID-19.
SARS-CoV-2 und somit COVID-19 wird vorwiegend durch Aerosole über die Luft verbreitet und übertragen. Im Nahbereich finden auch Übertragungen via Tröpfchen statt, welche auf die Schleimhaut gelangen können.
Ansteckungen können im Nahbereich (Abstand < 1.5 m) oder im Fernbereich (Abstand ≥ 1.5 m) erfolgen und sind selbst dann möglich, wenn eine infektiöse Person den Raum schon längst verlassen hat, denn Aerosole sind leicht und können über längere Zeit in der Luft schwebend verbleiben. Man kann sich Aerosole wie Zigarettenrauch vorstellen, der in der Luft hängen bleibt, wenn nicht gelüftet wird.
Saubere Luft in Schulzimmern: Aerosolkonzentration reduzieren!
Je mehr Personen sich in einem geschlossenen Raum pro Quadratmeter aufhalten und je intensiver ihre Aktivitäten sind, desto schneller steigt die Aerosolkonzentration, wenn nicht durch Lüften oder eine geeignete Raumluftfilterung Abhilfe geschaffen wird.
Regelmässiges Lüften sorgt für frische, saubere Luft – es reduziert die Konzentration von Aerosolen bzw. Virosolen und steigert das Wohlbefinden beim Lernen. Kontrolliertes Lüften mit CO2-Sensoren und einem geeigneten Richtwert sorgt dafür, dass die Luftqualität stets im «grünen Bereich» bleibt. Dabei ist es dringend nötig, in Innenräumen sowohl die CO2-Konzentration als auch die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit zu messen und prominent anzuzeigen.
Für den Schutz vor Aerosolen ist es besonders im Winter wichtig, dass die Luft nicht zu trocken wird. Ideal ist eine relative Luftfeuchtigkeit im Bereich 40-60 %. Bei zu tiefer Luftfeuchtigkeit werden Aerosole kleiner und bleiben dadurch länger in der Luft. Zudem trocknen Schleimhäute aus, was diese weniger widerstandsfähig macht. Für eine Luftfeuchtigkeit von 40-60% können Luftbefeuchter eingesetzt werden.
Ein Ampelsystem kann Klassen dabei unterstützen, mit regelmässigem, zielgerichtetem Lüften eine möglichst gleichbleibende Luftqualität im Schulzimmer zu erreichen.
Zur Reduktion des SARS-CoV-2 Übertragungsrisikos empfiehlt es sich, bei bestehenden Lüftungsanlagen den Frischluftanteil zu erhöhen. Falls es via Fensterlüftung oder Lüftungsanlage nicht möglich ist, die Luft ausreichend frisch zu halten, können auch mobile HEPA-Luftreiniger eingesetzt werden. Empfehlenswert zur Entfernung von Aerosolen sind HEPA-Filter der Klassen 13 oder 14. HEPA-Filter reinigen die Raumluft von Viren, ohne dabei die Luft auszutrocknen. HEPA-Filter sind im Winter besonders empfehlenswert: Einerseits ist Dauerlüften im Winter nicht praktikabel, anderseits führt Lüften gefolgt von Heizen zum Austrocknen der Luft, was Aerosole in der Grösse schrumpfen lässt und ihre Ausbreitung begünstigt.
Abbildung 4 zeigt, wie man durch geeignete Massnahmen und eigenes Verhalten das Risiko einer SARS-CoV-2 Übertragung über die Luft deutlich reduzieren kann.
Masken schützen vor Aerosolen
Masken schützen wirksam gegen die Übertragung von SARS-CoV-2 durch Aerosole:
Einerseits reduziert eine Maske durch mechanische Filterung die Emission von Aerosolen beim Atmen, Sprechen etc. an der Quelle und verringert somit die Zahl der Virosolpartikel, welche eine unwissentlich infektiöse Person an die Raumluft abgeben kann.
Anderseits schützt eine qualitativ gute Maske durch mechanische Filterung davor, dass beim Einatmen Virosolpartikel in die Atemwege gelangen. Die Verwendung gut sitzender FFP2- oder FFP3-Masken anstelle von Hygienemasken erhöht die Schutzwirkung.
An einer Primarschule im Kanton Zürich konnte nach Anordnung der Maskenpflicht eine deutliche Reduktion der Ansteckungen nachgewiesen werden.