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Nichtthermisches Plasma Nichtthermische Plasmen häufig NTP abgekürzt auch Nichtgleichgewichtsplasmen sind Plasmen die si

Nichtthermisches Plasma

Nichtthermische Plasmen (häufig NTP abgekürzt), auch Nichtgleichgewichtsplasmen sind Plasmen, die sich nicht im thermischen Gleichgewicht befinden, in denen sich also z. B. die Temperaturen der enthaltenen Teilchensorten (Neutralteilchen, Ionen, Elektronen) signifikant unterscheiden.

Grundlagen Bearbeiten

Thermisches Ungleichgewicht kann in technischen Realisierungen verschiedene Ursachen haben:

  • Zeitlich stark variierende Plasmaparameter

Anwendung Bearbeiten

In der Abgasreinigung werden Nichtthermische Plasmen gezielt zur Beseitigung von Gerüchen und bestimmten Kohlenwasserstoffen eingesetzt. Der Einsatz von Nichtthermischen Plasmen zur Abgasreinigung zählt zu den entsorgenden Verfahren, da eine möglichst vollständige Oxidation von Kohlenwasserstoffen angestrebt wird. Anwendung finden diese Abgasreinigungsverfahren insbesondere in der Lebensmittel- und Tierfutterindustrie. Auch zur Reduzierung von Bioaerosolen aus der Abluft einer Kompostierungsanlage wurde Nichtthermisches Plasma – in Kombination mit einem Biofilter – erfolgreich eingesetzt. Weiterhin finden Nichtthermische Plasmen Anwendung in der Medizintechnik, zum Beispiel bei der Behandlung von schlecht oder nicht heilenden Wunden mit Hilfe eines sogenannten Plasmastifts, indem auf die antimikrobielle Wirkung von „kaltem Plasma“ zurückgegriffen wird. Auch kann die Technologie zur Erzeugung von Leiterbahnen auf Kunststoffsubstraten eingesetzt werden. Darüber hinaus befindet sich die Entkeimung von PET-Flaschen mittels Nichtthermischen Plasma in der Erprobung.

Die Verwendung von Reinigungsgeräten für Innenraumluft, die auf der Basis von Nichtthermischem Plasma funktionieren, wird wegen der möglichen Bildung von Ozon als kritisch angesehen. So konnten in der behandelten Luft neu gebildete Luftschadstoffe nachgewiesen werden. Der österreichische Arbeitskreis Innenraumluft im Klimaschutzministerium (BMK) rät in seinem Positionspapier zu Luftreinigern von der Verwendung der Ionisationstechnologie („Kaltplasma“) ab, da die Gefahr besteht, dass bei Verwendung kurzlebige reizende chemische Nebenprodukte und Gerüche entstehen und da unbedenkliche Alternativen bestehen. Ein Nachweis der Unbedenklichkeit wäre auf Grund der Unmöglichkeit, die extrem kurzlebigen Reaktionsprodukte analytisch zu erfassen, theoretisch gar nicht möglich.

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • VDI 2441:2014-03 (Entwurf) Prozessgas- und Abgasreinigung durch Kaltplasmaverfahren - Barriere-, Koronaentladung, UV-Strahlung. Berlin: Beuth Verlag (Zusammenfassung online)

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. VDI 2441, S. 3.
  2. VDI 2441, S. 3–4.
  3. VDI 2441, S. 5.
  4. VDI 2441, S. 2.
  5. VDI 2441, S. 13.
  6. VDI 2441, S. 20–21.
  7. VDI 4255 Blatt 2:2009-12 Bioaerosole und biologische Agenzien; Emissionsquellen und -minderungsmaßnahmen in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung; Übersicht (Bioaerosols and biological agents; Emission sources and control measures in livestock operations; Overview). Beuth Verlag, Berlin. S. 40.
  8. Plasmastift verbessert die Wundheilung. VDI nachrichten, ISSN 0042-1758, Nr. 47 vom 21. November 2014, S. 24.
  9. https://3d-mid.de/cms/front_content.php?idcat=104
  10. Nicht zu schnell und nicht zu langsam. Verfahrenstechnik, ISSN 0175-5315, Nr. 1–2, 2010, S. 12.
  11. Henning Heberer, Eberhard Nies, Markus Dietschi, Angela Möller, Wolfgang Pflaumbaum, Marco Steinhausen: Überlegungen zur Wirkung und toxikologischen Relevanz von NTP-Luftreinigungsgeräten. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft. 65, Nr. 10, 2005, ISSN 0949-8036, S. 419–424.
  12. Hans Jürgen Buschmann, Jörg Brandes, Vahid Ameri Dehabati, Jochen S. Gutmann: Innenraumluft – Neue Möglichkeiten zur Verringerung von Belastungen. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft. 74, Nr. 10, 2014, ISSN 0949-8036, S. 421–425.
  13. Arbeitskreis Innenraumluft im BMK: Positionspapier zu lüftungsunterstützenden Maßnahmen durch Einsatz von Luftreinigern zur Covid-19 Prävention und Einbringung von Wirkstoffen in die Innenraumluft. Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, 10. März 2021, S. 14–15, abgerufen am 13. März 2021.
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Veröffentlichungsdatum:
Nichtthermische Plasmen haufig NTP abgekurzt auch Nichtgleichgewichtsplasmen sind Plasmen die sich nicht im thermischen Gleichgewicht befinden in denen sich also z B die Temperaturen der enthaltenen Teilchensorten Neutralteilchen Ionen Elektronen signifikant unterscheiden Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Anwendung 3 Siehe auch 4 Literatur 5 EinzelnachweiseGrundlagen BearbeitenThermisches Ungleichgewicht kann in technischen Realisierungen verschiedene Ursachen haben Reduzierter Gasdruck NiederdruckplasmaBei reduzierten Drucken z B weniger als 100 Pa 0 001 bar ist die mittlere freie Weglange so gross dass keine nennenswerte Energieubertragung zwischen den Teilchen stattfinden kann dass also kein thermisches Gleichgewicht entstehen kann Uber Einkopplung elektromagnetischer Wellen werden aber dennoch die freien Elektronen selektiv geheizt Fur den Grossteil aller Gasteilchen liegt die Temperatur bei Raumtemperatur das Plasma enthalt aber Elektronen die eine sehr hohe mittlere kinetische Energie aufweisen die mit Temperaturen von uber 10000 K einhergeht 1 Diese energiereichen Elektronen und die energiereiche Strahlung von Elektronenubergangen sind zur Einleitung von chemischen Reaktionen an Oberflachen bzw in oberflachennahen Bereichen befahigt die selbst die Modifizierung stabilster chemischer Strukturen beinhalten kann Gleichzeitig findet keine thermische Belastung dieser Oberflache statt da die makroskopische Temperatur des Plasmas der Umgebung angepasst ist Zeitlich stark variierende PlasmaparameterIn so genannten Dielektrisch behinderten Entladungen Entladungen mit dielektrischer Barriere werden trotz normalen Gasdrucks Plasmen weit ab vom thermischen Gleichgewicht erzeugt 2 Durch eine hochfrequente Wechselspannung bilden sich mit jeder Periode an anderen Stellen winzige Entladungskanale so genannte Streamer aus Da die Entladungskanale nur einen Bruchteil des gesamten Entladungsvolumens ausmachen und die Zeitdauer der Entladung durch die kapazitive Kopplung stark begrenzt ist bleibt die mittlere Gastemperatur in der Entladung niedrig also in der Nahe der Raumtemperatur Ein weiteres Beispiel sind gepulste Plasmen 3 d h Plasmen die nur fur Sekundenbruchteile angeregt werden d h in dieser auch nicht das thermische Gleichgewicht erreichen konnen Anwendung BearbeitenIn der Abgasreinigung werden Nichtthermische Plasmen gezielt zur Beseitigung von Geruchen und bestimmten Kohlenwasserstoffen eingesetzt 4 Der Einsatz von Nichtthermischen Plasmen zur Abgasreinigung zahlt zu den entsorgenden Verfahren da eine moglichst vollstandige Oxidation von Kohlenwasserstoffen angestrebt wird 5 Anwendung finden diese Abgasreinigungsverfahren insbesondere in der Lebensmittel und Tierfutterindustrie 6 Auch zur Reduzierung von Bioaerosolen aus der Abluft einer Kompostierungsanlage wurde Nichtthermisches Plasma in Kombination mit einem Biofilter erfolgreich eingesetzt 7 Weiterhin finden Nichtthermische Plasmen Anwendung in der Medizintechnik zum Beispiel bei der Behandlung von schlecht oder nicht heilenden Wunden mit Hilfe eines sogenannten Plasmastifts indem auf die antimikrobielle Wirkung von kaltem Plasma zuruckgegriffen wird 8 Auch kann die Technologie zur Erzeugung von Leiterbahnen auf Kunststoffsubstraten eingesetzt werden 9 Daruber hinaus befindet sich die Entkeimung von PET Flaschen mittels Nichtthermischen Plasma in der Erprobung 10 Die Verwendung von Reinigungsgeraten fur Innenraumluft die auf der Basis von Nichtthermischem Plasma funktionieren wird wegen der moglichen Bildung von Ozon als kritisch angesehen 11 So konnten in der behandelten Luft neu gebildete Luftschadstoffe nachgewiesen werden 12 Der osterreichische Arbeitskreis Innenraumluft im Klimaschutzministerium BMK rat in seinem Positionspapier zu Luftreinigern von der Verwendung der Ionisationstechnologie Kaltplasma ab da die Gefahr besteht dass bei Verwendung kurzlebige reizende chemische Nebenprodukte und Geruche entstehen und da unbedenkliche Alternativen bestehen Ein Nachweis der Unbedenklichkeit ware auf Grund der Unmoglichkeit die extrem kurzlebigen Reaktionsprodukte analytisch zu erfassen theoretisch gar nicht moglich 13 Siehe auch BearbeitenPlasmamedizinLiteratur BearbeitenVDI 2441 2014 03 Entwurf Prozessgas und Abgasreinigung durch Kaltplasmaverfahren Barriere Koronaentladung UV Strahlung Berlin Beuth Verlag Zusammenfassung online Einzelnachweise Bearbeiten VDI 2441 S 3 VDI 2441 S 3 4 VDI 2441 S 5 VDI 2441 S 2 VDI 2441 S 13 VDI 2441 S 20 21 VDI 4255 Blatt 2 2009 12 Bioaerosole und biologische Agenzien Emissionsquellen und minderungsmassnahmen in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung Ubersicht Bioaerosols and biological agents Emission sources and control measures in livestock operations Overview Beuth Verlag Berlin S 40 Plasmastift verbessert die Wundheilung VDI nachrichten ISSN 0042 1758 Nr 47 vom 21 November 2014 S 24 https 3d mid de cms front content php idcat 104 Nicht zu schnell und nicht zu langsam Verfahrenstechnik ISSN 0175 5315 Nr 1 2 2010 S 12 Henning Heberer Eberhard Nies Markus Dietschi Angela Moller Wolfgang Pflaumbaum Marco Steinhausen Uberlegungen zur Wirkung und toxikologischen Relevanz von NTP Luftreinigungsgeraten In Gefahrstoffe Reinhalt Luft 65 Nr 10 2005 ISSN 0949 8036 S 419 424 Hans Jurgen Buschmann Jorg Brandes Vahid Ameri Dehabati Jochen S Gutmann Innenraumluft Neue Moglichkeiten zur Verringerung von Belastungen In Gefahrstoffe Reinhalt Luft 74 Nr 10 2014 ISSN 0949 8036 S 421 425 Arbeitskreis Innenraumluft im BMK Positionspapier zu luftungsunterstutzenden Massnahmen durch Einsatz von Luftreinigern zur Covid 19 Pravention und Einbringung von Wirkstoffen in die Innenraumluft Bundesministerium fur Klimaschutz Umwelt Energie Mobilitat Innovation und Technologie 10 Marz 2021 S 14 15 abgerufen am 13 Marz 2021 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Nichtthermisches Plasma amp oldid 224760948