Kaiserslautern Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik an Aerosol-Forschungsprojekt beteiligt

Wie verbreiten sich infektiöse Aerosole in Supermärkten, Flugzeugen und anderen Innenräumen, in denen viele Menschen aufeinandertreffen? Das untersuchen Forscher im Projekt „Avator“. Das Kaiserslauterer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) ist mit an Bord und entwickelt einen Multiskalen-Simulator, mit dem die Aerosolausbreitung in Innenräumen berechnet werden kann.

Rechtzeitig zum Sommer sind die Inzidenzen gesunken, allerorts sind Lockerungen spürbar. Doch Abstandhalten und Maskentragen sind nach wie vor angesagt. Während die Ansteckungsgefahr im Außenbereich recht gering ist, können sich die infektiösen Aerosole in Innenräumen leicht ansammeln und zu Ansteckungen führen. Wie verbreiten sich diese Aerosole, und wie hoch ist das Ansteckungsrisiko in Flugzeugen, Supermärkten, Klassenräumen und Co? Insgesamt 15 Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen gehen im Projekt „Avator – Anti-Virus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction“ dieser Frage nach.

Auch die Forschenden des Fraunhofer ITWM bringen ihr Wissen mit ein: „Wir entwickeln einen dynamischen Multiskalen-Simulator, der die Aerosolausbreitung in Innenräumen berechnet. Als Szenarien betrachten wir unter anderem Transportmittel, wie zum Beispiel das Flugzeug“, sagt Christian Leithäuser von der Abteilung Transportvorgänge. Die Methodik des Multiskalen-Simulators basiert dabei auf der institutseigenen gitterfreien Simulationssoftware Meshfree, mit der dynamische Strömungsszenarien abgebildet werden können. Besonders hilfreich erweisen sich auch die Erfahrungen im Bereich der Modellierung und Simulation von Filtern, sagt Ralf Kirsch, Teamleiter Filtration und Separation der Abteilung Strömungs- und Materialsimulation.

Ziel: Hygienemaßnahmen auf ihre Wirksamkeit prüfen

Avator zeichne sich unter anderem durch die Kooperation mehrerer Fraunhofer-Institute aus. Das Besondere: Die Forschenden arbeiten nicht mit einer einzigen Simulationsmethode, sondern erstellen an den beteiligten Instituten Simulationen durch unterschiedliche Verfahren und Detaillierungsgrade über lange Zeiträume.

Aus den Simulationen lässt sich für konkrete Räume ableiten, wie sich die Aerosole verteilen. Wie viele Viren atmet beispielsweise eine Person im Flugzeug ein, wenn ein Infizierter eine Reihe weiter vorne sitzt? Anhand zweier Risikomodelle können das jeweilige Infektionsrisiko bewertet und der Einfluss verschiedener Schutzmaßnahmen eingeschätzt werden. Durch eine Verknüpfung der verschiedenen Modelle lasse sich gut erkennen, dass bereits das Tragen von FFP2-Masken in einer Flugzeugkabine das Infektionsrisiko erheblich senkt. Das exakte Risiko hänge von verschiedenen Faktoren ab: dem genauen Abstand zur infizierten Person etwa, der Anzahl infektiöser Viren sowie der Aufenthaltsdauer im Innenraum.

Aus den gesammelten Daten der Risikobewertung wiederum leiten die Projektbeteiligten Hygienemaßnahmen ab und prüfen ihre Wirksamkeit. Technologien der Raumluftreinigung sowie der Validierung ihrer Wirksamkeit stehen daher ebenfalls im Fokus der Entwicklungen im Forschungsprojekt Avator.