Physikalische Entkeimungs- und Verfahrenstechnik

Unter dem Oberbegriff “ Physikalische Entkeimungstechnik “ sollen hier diejenigen Verfahren vorgestellt werden, die im Gegensatz zu den rein chemischen Entkeimungsverfahren auf physikalischen Prinzipien beruhen. Dies ist im Wesentlichen die Anwendung elektrischer und elektromagnetischer Felder und Wellen, die je nach Frequenz und Amplitude unterschiedliche Effekte bei den zu entkeimenden bzw. zu behandelnden Medien auslösen.

Frequenzbänder

Elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich 30 KHz bis 300 MHz werden als Radiofrequenz ( RF ) bzw. Hochfrequenz ( HF ) bezeichnet. Für die Dielektrische RF-Erwärmung➞ bzw. Dielektrische HF-Erwärmung sind in Deutschland die Frequenzen 13,56 MHz, 27,12 MHz und 40,68 MHz zugelassen. Bei diesem Verfahren wird das zu erhitzende Gut, anders als bei der Mikrowellenerwärmung, zwischen großdimensionierten Kondensatorplatten hindurchgeführt und über unterschiedliche Reibungswärmeprozesse erwärmt. Je nach eingebrachter Leistung können auf diese Weise Trocknungsprozesse, Auftauprozesse ( Fleisch, Fisch, Geflügel, Gemüse etc. ) oder Pasteurisierungsprozesse ( Entkeimung ) realisiert werden.

Der sich anschließende Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz (Gigahertz ), dies entspricht gemäß der Umrechnungsformel λ= c/f (λ= Wellenläge, c= Lichtgeschwindigkeit, f=Frequenz ) einer Wellenlänge von 1 m bis 1 mm, wird Mikrowellenbereich genannt. Für die Industrielle Mikrowellentechnik➞ sind in Deutschland die Frequenzen 915 MHz und 2,45 GHz zugelassen.

Wie gut oder schlecht sich ein Stoff mit elektromagnetischen Wellen erwärmen lässt, hängt von den dielektrischen Eigenschaften des Stoffes/Stoffgemisches ab. Polare Flüssigkeiten wie Wasser und Öl oder andere polare Stoffe wie bestimmte Salze lassen sich sehr gut mit hochfrequenten elektrischen Feldern erwärmen. Während Mikrowellenenergie(z.B. 2,45GHz) sehr gut an Wasser ankoppelt, ist für das Auftauen von gefrorenem Wasser(Eis) die RF(27,12MHz) wesentlich besser geeignet.

An das Mikrowellenband schließt sich das Infrarotband an. Infrarotstrahlen im Frequenzbereich 300 GHz bis 400 THz ( Terahertz ), dies entspricht Wellenlängen von 1 mm bis 780 nm, werden für die Oberflächenerwärmung von Gegenständen benutzt. Mittels Infrarotstrahlen können über den Weg der Pasteurisierung ebenfalls Oberflächen entkeimt werden. (Infrarot-Technik (IR)➞)

An das Infrarotband schließt sich das sichtbare Licht an ( 380 nm= blau/violett bis 780 nm= rot ), das jedoch unseres Wissens nach für Entkeimungsprozesse nicht genutzt wird.

Jenseits des Lichtspektrums schließt sich der Bereich der Ultravioletten Strahlen
(UVC-Entkeimungstechnik ➞) an.

Während UVC-Strahlen der Wellenlänge 254nm vorwiegend für die Entkeimung verwendet werden, kann man mit dem UVC-Band 185nm, für das jedoch spezielles Quarzglas verwendet werden muss, aus Luftsauerstoff Ozon erzeugen. Ozon in Verbindung mit UVC-Strahlen wird auch eingesetzt, um unangenehme Gerüche zu beseitigen (Geruchsbeseitigung ➞) und in der Küchenabluft enthaltenes Fett auf dem Wege der "kalten Fettverbrennung" abzubauen, quasi zu pulverisieren.

Der dem UV-Spektrum folgende Bereich der Röntgenstrahlen, 1 nm bis 10 pm ( Pikometer), wird unseres Wissens nach ebenfalls nicht für industrielle Entkeimungsprozesse genutzt.

Der Bereich der Gammastrahlen ( 10 pm ) wird industriell für die Entkeimung von Gewürzen verwendet. Die Zulassung von Gammastrahlen ist von Gesetzes wegen mit so hohen Auflagen versehen, dass sich das Ingenieurbüro Merschbrock mit dieser Technologie nicht befasst.

Energieübertragung

Die in elektromagnetischen Wellen gespeicherte Energie ( E = hν, E= Energie, h= planksches Wirkungsquantum, ν= Frequenz ) nimmt mit zunehmender Frequenz bzw. abnehmender Wellenlänge stetig zu. Die UV-Strahlen und alle kurzwelligeren Strahlen wirken ionisierend, d.h. die gespeicherte und damit übertragbare Energie ist so groß, dass sie Elektronen aus Molekülen herauslösen und somit Ionen (elektrisch geladene Teilchen) erzeugen kann. Aus dem Luftsauerstoff kann auf diese Weise Ozon erzeugt werden. Ionen und Ozon sind in der Lage, über Oxydationsprozesse Keime abzutöten.

Sonstige physikalische Verfahren

Durch die Verwendung von Elektrischen Hochspannungsfeldern ( 10.000 Volt und größer ) können unabhängig von deren Frequenz ( also auch mit Gleichspannungsfeldern ) aus den Gasen der Atmosphäre Ionen und Radikale erzeugt werden, die wiederum für Entkeimungszwecke genutzt werden.

Eine Besonderheit bei der Anwendung von Hochspannungsfeldern stellt die Dielektrische Barriereentladung ( DBE ), auch Atmosphärenplasma genannt, dar. (Geruchsbeseitigung ➞)
Mit diesem Verfahren werden aus der Umgebungsluft Ozon , OH-Radikale und andere Oxydanzien erzeugt, mit denen wiederum Entkeimungsprozesse und - auf sehr elegante Weise - vor allem Geruchsbeseitigungsprozesse realisiert werden können.

Eine weitere Anwendung von Hochspannungsfeldern ist die unter dem Stichwort "Elektroporation" bekannte Methode zur Entkeimung von Flüssigkeiten.