Fraunhofer ITWM versus Corona Mit Mathematik gegen die Krise

Relative Verkürzung der empfohlenen Tragedauer in Abhängigkeit von Grad und zeitlichem Anteil der körperlichen Belastung. Referenzwert ist die Tragedauer bei Ruhe/leichter Arbeit.
Relative Verkürzung der empfohlenen Tragedauer in Abhängigkeit von Grad und zeitlichem Anteil der körperlichen Belastung. Referenzwert ist die Tragedauer bei Ruhe/leichter Arbeit.

Wie lange sollte eine Schutzmaske maximal getragen werden? Wann muss man durchfeuchtete Masken wechseln – das Fraunhofer ITWM gehen diesen Fragen mit mathematischen Simulationen nach. Berücksichtigt werden dabei verschiedene Maskenarten, Materialien sowie die Tätigkeiten und Merkmale der Tragenden.

Im Zuge der Covid-19-Pandemie sind Schutzmasken in – und mittlerweile auch vor – aller Munde. Die vielfältigen Initiativen zum Anfertigen von improvisierten Masken und nicht zuletzt die Einführung einer Maskentragepflicht führten zu einer breiten Diskussion über die verschiedensten Materialien als Schutz vor Infektionen. Wegen der Knappheit an zuverlässigen Schutzmasken für die Beschäftigten in Kliniken und in der Pflege wird auch über die Frage der empfohlenen Tragedauer intensiv diskutiert.

Bei Durchfeuchtung Maske wechseln – doch wie schnell passiert das?

Für einen wirksamen Schutz sind nicht nur die Filtrationseigenschaften des verwendeten Materials von Bedeutung. Es ist bekannt, dass mit zunehmender Feuchte im Material die Schutzwirkung (Filtereffizienz) nachlässt. Feuchtigkeit und Körperwärme begünstigen auch eine zunehmende Verkeimung auf der Seite des Tragenden. Spätestens bei einer kompletten Durchfeuchtung ist die Maske zu wechseln, denn dann besteht die Gefahr einer Infektionsbrücke zwischen tragender Person und der Umgebung. Dies gilt für die effizienten Masken zum Eigenschutz, aber noch viel mehr für die einfacheren Varianten zum Fremdschutz. Denn beim Husten oder Niesen können Tröpfchen von der Außenfläche der durchfeuchteten Maske in die Umgebung geschleudert werden.

Simulationen für effiziente Nutzung von Masken

Sofern es eine empfohlene Tragedauer für eine Maske gibt (beispielsweise vom Hersteller), handelt es sich meist um einen Richtwert. Wie schnell und wie stark die Maske durchfeuchtet wird, hängt vor allem von der körperlichen Anstrengung beim Tragen ab. Die Zeitspanne lässt sich nicht auf einfache Art und Weise (»Faustregeln«) von der – zumeist zeitlich variablen – physischen Belastung der tragenden Person ableiten. Eine visuelle Kontrolle der Maske ist ohne fremde Hilfe in der Regel nicht möglich und für die Feststellung einer Durchfeuchtung auch nicht zuverlässig genug.

Mit Hilfe von angepassten Modellen und Simulationen arbeiten Forscher des Fraunhofer ITWM an einer besseren Vorhersage der Tragedauer, die den Intensitätsverlauf der körperlichen Belastung berücksichtigt und somit einen sicheren und optimalen Einsatz der vorhandenen Masken unterstützt. Die Ergebnisse sollen zum rechtzeitigen Wechseln der Masken führen und zugleich der Verschwendung von Masken durch zu frühes Wechseln entgegenwirken. Dies ermöglicht zum Beispiel Kliniken und Pflegeeinrichtungen eine bessere Bedarfsplanung, die nicht nur die notwendigen Schutzklassen, sondern auch die individuellen Tätigkeitsprofile der Beschäftigten berücksichtigt.

Ergebnisse auch nach Corona-Krise für Produktentwicklung relevant

»Diese Entwicklungen sind über die aktuelle Pandemie hinaus für die Produktentwicklung relevant«, so Dr. Ralf Kirsch vom Fraunhofer ITWM, »da wir beispielsweise im Falle von mehrlagigen Filtermaterialien optimale Kombinationen für die jeweilige Anwendung (Schutzklasse, Eigen- oder Fremdschutz) und verschiedene Tätigkeitsprofile vorausberechnen können. Das reduziert die aufwendige Untersuchung von Prototypen enorm.« Kirsch leitet das Team »Filtration und Separation« und beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit dem mathematischen Modellieren und der Simulation verschiedenster Filter.