Es klingelt Tag und Nacht. Seitdem die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Optronik im thüringischen Ilmenau mitten in der ersten Welle der Corona-Krise im April ein neuartiges System vorstellten, das mit UV-Licht Smartphones und Tablets desinfiziert, steht ihr Telefon kaum noch still. Dutzende Anfragen kommen aus der Wirtschaft. „Seit hundert Jahren weiß man, dass ultraviolette Strahlung Bakterien und Viren abtöten kann“, sagt Martin Käßler vom Fraunhofer-Institut. Nun rennt man den Forschern die Türen ein.

Desinfektionssysteme auf Basis sogenannter UV-C-Strahlen sind gefragt – in der ganzen Welt. Luft, Wasser und Oberflächen aller Art können so gereinigt werden. China bestückte seine Krankenhäuser in Wuhan damit. Singapur hat die Passagierhallen seines Großflughafens damit ausgerüstet. In München haben die Stadtwerke und die örtliche Verkehrsgesellschaft gerade einen Test gestartet, die Handläufe der Rolltreppen in der U-Bahn mit einem UV-C-Strahl-System zu desinfizieren, wenn sie unterhalb der Treppe zurücklaufen.

Der Markt dürfte sich vervierfachen

Der Markt wird sich über die kommenden zehn Jahre laut einer Schätzung auf 5 Milliarden Euro vervierfachen. Die technischen Entwicklungen sind rasant, die Forscher arbeiten mit Hochdruck, die Unternehmen investieren, und die Deutschen mischen ganz vorn mit. Heraeus Nobellight ist einer der großen Anbieter auf der Welt und hat gerade zwei neue UV-Strahlen-Reinigungsysteme vorgestellt. Osram arbeitet an ultravioletten Licht- und Strahlungsquellen einer neuen Generation und rüstet in Asien schon Kliniken und Krankenhäuser aus. Der Spezialautohersteller Binz macht mit UV-C-Licht binnen Minuten einen Rettungswagen keimfrei.

Solange kein Impfstoff gegen Sars-Cov-2 gefunden ist und es keine Medizin gegen die Lungenkrankheit Covid-19 gibt, sind nicht nur Masken und Abstand angesagt, sondern auch penible Sauberkeit – und die braucht rasche und wirksame Desinfektion. Können die neuartigen Corona-Viren doch dank winziger Wassertropfen über Stunden in der Luft schweben und für gefährliche Ansteckungen sorgen. Auf Metallen und Kunststoffen halten sie sich über mehrere Tage. UV-C-Strahlung aber bringt sie zur Strecke.

Die ultravioletten Lichtteilchen greifen die winzigen Viren an. Sie dringen durch deren Hüllen, arbeiten sich bis zum Erbgut vor, kappen dort eine Reihe der wichtigsten Verbindungen und unterbinden so die Vervielfältigung des Erbguts. Das Virus hat so keine Chance, sich zu vermehren und zu verbreiten. Es ist nicht mehr virulent und faktisch abgeschaltet. Und diese Eigenschaft haben sich auch die Entwickler von Binz zunutze gemacht.

Die Ingenieure des Spezialfahrzeugherstellers aus Thüringen stellten nach dreijähriger Entwicklung mit den Ilmenauer Fraunhofer-Forschern im Juni ein technisches System vor, das mit UV-C-Leuchtdioden den Innenraum eines Krankenwagens in einen wahren Reinraum verwandelt: keine Keime, keine Bakterien, keine Viren.

Mit unsichtbarem UV-Licht kann man desinfizieren – und zwar so, dass ein Arzt im hinteren Teil eines entsprechend ausgerüsteten Rettungswagens operieren könnte, sagt Ernst Rittinghaus. Der Generalbevollmächtigte von Binz fährt fort: „Wir haben mit den Kollegen von Fraunhofer rund drei Jahre lang an diesem System gearbeitet. Wir haben vor drei Jahren mit modernen Spezial-Leuchtdioden zum Stückpreis von 18.000 Euro begonnen, und als wir damals anfingen, war an Corona noch gar nicht zu denken.“

Neuer Boom für UV-C

Das Unternehmen entwickelte mit den Forschern von Fraunhofer ihr System. Zunächst am Computer, dann im Labor, schließlich in der Werkstatt. Binz habe sein System in einem der Rettungswagen als Prototyp verbaut. Es habe sich bewährt. Ausgerechnet während der Corona-Pandemie, steht das UV-C-System vor der Marktreife. „Dass das jetzt alles mitten in der Krise passiert, ist purer Zufall“, sagt Rittinghaus.

Corona verhilft der seit mehr als hundert Jahren schon bekannten Technologie der UV-C-Desinfizierung zu einem neuen Boom, sagt auch Forscher Martin Käßler. Mit seinen Kollegen am Ilmenauer Fraunhofer-Institut hat er seit fünf Jahren schon die verschiedenen Möglichkeiten der Anwendung der Strahlung ausgelotet – von der Medizin, bis hin zur Lebensmittelbranche, der Aufbereitung von Trinkwasser oder der Reinigung verschmutzter und verkeimter Oberflächen wie dem Bildschirm eines Smartphones.

Dafür entwickelten die Ingenieure ein Gerät, das ein wenig aussieht wie eine Mikrowelle und auch in etwa so arbeitet. Man legt ein Handy rein, schließt die Tür, schaltet an, und binnen Minuten ist der Bildschirm klinisch rein. Spezielle Leuchtdioden emittieren eine sehr kurzwellige und extrem energiereiche Strahlung. Jede LED hat eine Leistung von 100 Milliwatt. Innerhalb von Sekunden erreicht der UV-C-Strahler eine Dosis von 800 Joule je Quadratmeter. Das reicht, um Keime zu killen und ein Tablet für geraume Zeit klinisch rein zu halten.

Hohe Sicherheitsstandards

„Mit UV-C-Strahlung können Bakterien und Viren abgetötet werden“, heißt es auch seitens des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS), das jedoch betont: UV-C-Licht ist nicht nur gegen Bakterien, Viren und Sporen sehr wirksam; es ist auch gefährlich für den Menschen. Denn wenn die UV-C-Strahlen in hohen Dosen und über längere Zeit auf Augen oder Haut treffen, kann das rasch zu schweren Schäden führen, schreibt das Amt auf seiner Internetseite. Darüber hinaus kann ultraviolette Strahlung auch nachhaltig das Erbgut beeinflussen, egal ob die leichteren UV-A- oder die schwereren UV-C-Strahlen.

Daher unterliegen entsprechende Anlagen wie etwa die in der U-Bahn von München oder die auf dem Flughafen in Singapur besonderen Sicherheitsstandards. Die Module werden in der Regel in verschlossenen Kästen und Bereichen installiert, so dass Menschen den Strahlen nicht direkt ausgesetzt sind und gefährdet werden.

Seit Jahrzehnten weiß man um diese negativen Seiten, seit mehr als hundert Jahren kennt man die positiven. Denn dreißig Jahre nachdem der Berliner Physiker Leo Arons 1892 die für die UV-C-Lampen-Entwicklung so wegweisende und nach ihm benannte Aronsche Röhre entwickelt hatte, kamen erste Quecksilberdampflampen auf die Märkte. Sie erzeugten unsichtbares Licht, also Strahlen, und wurden aufgrund des hohen Anteils an UV-Strahlung am kurzen Ende ihres Emissionsspektrums zu Desinfektionsarbeiten eingesetzt – vor allem in Kliniken. Verlage verwendeten sie zum Aushärten besonderer Farben, die Autohersteller für besondere Lacke, Kommunen zur keimfreien Reinigung von Trinkwasser.

Eine neue Generation ist in Arbeit

So entwickelten sich über Jahrzehnte je nach Einsatz und Verwendung verschiedene Arten und Typen von UV-Quecksilberdampflampen. Einer der Pioniere ihrer Entwicklung war der deutsche Industriekonzern Heraeus mit seinem Ingenieur Richard Kühn. Die Hanauer sind mittlerweile seit hundert Jahren in diesem Geschäft, haben bahnbrechende Forschung betrieben und halten wichtige Patente. Heute ist das Unternehmen einer der wichtigsten Anbieter von UV-Systemen aller Art. Es rüstet Fabriken, Kliniken und Gebäude damit aus, unter anderem den Flughafen Singapurs.

Jan Winderlich, Leiter der Entwicklungsabteilung für UV-Strahler und Module, sagt: „Wir können von der einfachen Lampe bis zum ausgefeilten System alles liefern.“ Für die Behandlung von Oberflächen wie für die Luft. „Wir werden voraussichtlich aufgrund der großen Nachfrage über 500.000 Strahler dieses Jahr fertigen.“ Tendenz weiter steigend. Denn in Corona-Zeiten seien Desinfektionskonzepte wichtig. „Dort, wo viele Menschen zusammenkommen, wird es interessant. Hier wollen wir wirksame und sichere Systeme anbieten.“ Heraeus ist damit nicht allein.

Heute wird der Weltmarkt für UV-C-Desinfektions-Ausrüstungen seitens der Analysten von Allied Market Research auf rund eine Milliarde Euro veranschlagt. Bis zum Jahr 2027 könnte sich der Umsatz der Branche aufgrund der sich momentan abzeichnenden hohen Nachfrage mehr als vervierfacht haben. Darüber hinaus arbeiten Forscher und Ingenieure an einer völlig neuen Geräte-Generation von UV-C-Strahlern. Die könnte in absehbarer Zeit neben die bewährten und herkömmlichen Quecksilberlampen treten.

„Seit einiger Zeit sind wir dran, ein paar Dinge anders zu machen als bisher“, sagt Alexander Wilm, Ingenieur bei Osram Opto Semiconductor. „Wir stecken in einer Entwicklung, die ganz ähnlich ist wie die von der Glühbirne zur LED. Denn es geht auf lange Sicht darum, Quecksilberleuchten zur gezielten Erzeugung sehr kurzwelliger und energiereicher UV-C-Strahlen abzulösen.“ Und zwar durch Leuchtdioden. Die LEDs sind eine komplizierte Technik. Bei der geht es um kleinste Strukturen und höchste Präzession, um Kristallgitter, Atome, Elektronen und Lichtteilchen.

Quecksilber funktioniert nach den Worten von Wilm bei der Keimbekämpfung ganz gut, da das mit ihm emittierte UV-Licht eine Wellenlänge von 254 Nanometer habe. Das könne einem Virus auf Dauer mächtig zusetzen und ihn auch ausschalten. Das Optimum einer desinfizierenden Wirksamkeit aber liege bei 265 Nanometer. Durch LEDs sei das recht präzise zu erreichen, durch Quecksilber nicht. Mit LEDs „haben wir eine Lichtquelle, die genau an dieser Stelle im Spektrum emittiert, die also optimaler eingesetzt werden kann“, sagt der Osram-Ingenieur.

Ende des Jahres will der Münchner Konzern ein erstes handliches LED-Strahlen-Gerät auf den Markt bringen. Damit soll jedermann im Alltag seine Umgebung vorübergehend keimfrei machen können. Im kommenden Jahr folgen dann größere Systeme für größere Einsätze. Und auch die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Optronik in Ilmenau sind weiter am Ball. „Die Einsatzmöglichkeiten für UV-C sind riesig. Vielleicht sehen wir auch noch gar nicht alles, was möglich ist“, sagt Martin Käßler. Sein Telefon jedenfalls steht nicht mehr still, und die Tür des Instituts ist weit offen.