Geimpfte sind aus wissenschaftlicher Sicht wohl weniger ansteckend. (Foto: Imago, imago images/CHROMORANGE)

Fraunhofer-Projekt ist Aerosolen auf der Spur

Kaiserslautern forscht: Wie verteilt sich Corona in geschlossenen Räumen?

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Wie groß ist das Ansteckungsrisiko im Flugzeug, im Supermarkt oder im Klassenzimmer? Und wie kann ich mich schützen? 15 Fraunhofer-Institute, darunter das ITWM in Kaiserslautern, gehen genau dieser Frage nach.

Aerosole – spätestens seit Beginn der Corona-Pandemie haben diesen Fachbegriff die meisten Menschen schon einmal gehört. Aerosole sind feste oder flüssige Stoffe, die in der Luft schweben und Krankheitserreger wie das Corona-Virus transportieren. Menschen atmen sie aus beim Sprechen, Niesen oder Husten. Dadurch verteilen sie sich in geschlossenen Räumen. Einer der Hauptgründe, weshalb Menschen an Covid-19 erkranken.

Das ist auch der Grund, weshalb es zurzeit eine große Diskussion um Lüftungsanlagen in Schulen gibt. Wie sinnvoll diese sind, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. So wie 15 Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen – unter anderem in Singapur, Wien, Stuttgart und Kaiserslautern. Sie beteiligen sich an dem Projekt „AVATOR“, kurz für: Anti-Virus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction.

Fraunhofer-Institut Kaiserslautern (Foto: Fraunhofer-Institut)
In Kaiserslautern forschen Wissenschaftler des Fraunhofer ITWM zu Aerosolen in geschlossenen Räumen. Fraunhofer-Institut

Wohin bewegen sich Corona-Viren im Flugzeug?

Die Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute gehen bei ihrem Projekt den Fragen nach: Wie verteilen sich Tröpfchen und Aerosole in Räumen, in denen sich viele Menschen aufhalten, beispielsweise im Supermarkt, Flugzeug und Klassenzimmer? Und: Welche Maßnahmen helfen, um sich vor dem Corona-Virus zu schützen? Dabei betrachten sie mit verschiedenen Simulations-Modellen auch, wie sich Menschen in einem bestimmten Raum bewegen und wie hoch das Ansteckungsrisiko ist.

In Kaiserslautern forscht das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) mit Hilfe einer Computer-Software, wie sich die von Menschen ausgestoßenen Teilchen in einer Flugzeugkabine verteilen. „Wir schauen, wie sich die Luft dort bewegt und erstellen verschiedene Strömungssimulationen“, sagt Dr. Christian Leithäuser vom ITWM. Er ist Mathematiker und am Lautrer Fraunhofer ITWM für das AVATOR-Projekt zuständig. „Wir simulieren eine Flugzeugkabine mit verschiedenen Personen und schauen: Wie würden sich bei einer infizierten Person die ausgestoßenen Teilchen ausbreiten?“

Fraunhofer ITWM (Foto: Fraunhofer ITWM)
Dr. Christian Leithäuser erforscht am Fraunhofer-Institut in Kaiserslautern, wie sich Aerosole in Flugzeugkabinen bewegen. Fraunhofer ITWM

Zusammenspiel der Fraunhofer-Institute "große Stärke" bei Aerosol-Forschung

Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle, sagt Leithäuser. „In Flugzeugen gibt es Lüftungen, sie sind klimatisiert, es gibt atmende Menschen. All das beeinflusst die Luftströmungen.“ Das Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin in Hannover nimmt dann die Daten der Kaiserslauterer Forschungs-Einrichtung auf und simuliert, wie sich Viren in solchen Situationen verhalten. Die Zusammenarbeit der verschiedenen Fraunhofer-Institute bezeichnet Leithäuser als „große Stärke des AVATOR-Projekts“.

Das Institut für Bauphysik in Stuttgart arbeitet mit der Nachbildung einer Flugzeugkabine und simuliert damit den Weg der Aerosole. „Die Versuche, die dort gemacht werden, werden mit unserer Software verglichen und fließen in das AVATOR-Projekt ein“, erläutert Christian Leithäuser. „Daraus können wir dann konkrete Maßnahmen ableiten.“

Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern  (Foto: Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern )
In einer solchen Klimakammer, wie hier am Fraunhofer IBP in Stuttgart, werden Luftströmungen erforscht. Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern

Forschungs-Projekt zeigt: Flugzeuge keine "Superspreading-Events"

Aus einer Simulation entstehen ganze „Simulationsketten“. Jedes Fraunhofer-Institut liefert mit seinen Daten wichtige Erkenntnisse, die wiederum aufgegriffen und weiterverarbeitet werden. Zum Beispiel nutzt das Institut in Singapur seine Technik, um zu simulieren, wo Menschen in bestimmten geschlossenen Räumen entlanglaufen, zum Beispiel im Supermarkt. Die Fraunhofer-Einrichtungen in Darmstadt und Freiburg simulieren, wie sich dadurch die Luftströmungen verändern.

imagoMiS (Foto: imago/MiS)
Das Forschungs-Projekt AVATOR soll zeigen, welche Masken am besten in Flugzeugen schützen. imago/MiS

Innerhalb des AVATOR-Projektes wird auch getestet, welche Masken sich in verschiedenen Situationen als Schutz vor Krankheitserregern eignen. Erste Ergebnisse des Projektes gibt es schon, berichtet Leithäuser. „Aus unseren Studien können wir ableiten, dass ein Flugzeug kein sogenanntes Superspreading-Event auslöst. Aber wenn der Sitznachbar infiziert wäre, dann ist das Risiko natürlich hoch. Deshalb wäre hier eine Maske sinnvoll.“ Die Forscherinnen und Forscher des AVATOR-Projektes konnten herausfinden, dass das Tragen einer FFP2-Maske in einer Flugzeugkabine das Infektionsrisiko um mehr als 95 Prozent senkt.

Beeinflusst Fraunhofer-Forschung künftige Corona-Politik?

Die gewonnen Daten der Flugzeugkabinen-Simulationen lassen sich auch auf Klassenzimmer, Supermärkte oder andere geschlossene Räume übertragen. Die Anpassung der Simulationen an die verschiedenen Szenarien sollen letztendlich dafür sorgen, dass sinnvolle Hygienemaßnahmen getroffen werden – vor allem mit Blick auf die erwartete vierte Welle der Corona-Pandemie ab Herbst. „Wir können später dann auch sehen, wie groß die Ansteckungsrisiken im Schulbus im Vergleich zu Klassenzimmern sind, um zu schauen, welche Maßnahmen wo angemessen sind.“

„Im September/Oktober soll das AVATOR-Projekt abgeschlossen sein. Wir hoffen bis dahin auf Erkenntnisse, wie sich Aerosole und Viren ausbreiten, um unser Verständnis zu stärken und um konkrete Maßnahmen abzuleiten“, so Christian Leithäuser, der gespannt sein wird, ob und wie sich die Politik bei ihren künftigen Entscheidungen in der Corona-Krise die Erkenntnisse des Fraunhofer-Projektes zu Herzen nehmen wird.

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