Abzugstechnik Der Laborabzug: zentral für Sicherheit und Nachhaltigkeit

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Lassen sich Laborumgebungen sowohl sicher als auch nachhaltig betreiben? Ein wesentliches Element für die Arbeitssicherheit sind Laborabzüge. Wie sich hier Sicherheit und Nachhaltigkeit vereinbaren lassen, zeigt das Beispiel eines modernen Abluftregelsystems.

Fortschritt benötigt Experimente: Ob umweltfreundlichere Verpackungsfolien, leistungsstärkere Akkus oder effizientere Katalysatoren, all das ist auf Forschungsarbeit angewiesen, und Labore bieten den Raum, der dies in der Praxis ermöglicht. Die Arbeit dort verbraucht jedoch erhebliche Mengen an Energie und Ressourcen, verursacht Abfall und ist z. T. auf Materialien angewiesen, die der Umwelt schaden. Obwohl die hier getätigten Dienstleistungen unverzichtbar sind, werden die Einrichtungen zunehmend Nachhaltigkeitsprüfungen unterzogen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf den verwendeten Materialien und Geräten. Die Auswirkungen auf Umwelt und Wirtschaftlichkeit werden dabei über den gesamten Lebenszyklus betrachtet.

Energieverbrauch im Labor

Wie sieht es mit der eingesetzten Energie in Laboren aus? Dass Laborarbeit einen großen Strombedarf hat, ist weithin bekannt. Der durch die Universität für Bodenkultur in Wien durchschnittlich ermittelte Stromverbrauch für ein einzelnes Mikrobiologielabor ist dennoch als Zahl eindrucksvoll. Rund 228.000 Kilowattstunden jährlich kommen hier zusammen [1]. Die Größenordnung wird durch einen Vergleich mit einem Einfamilienhaus mit vier Personen anschaulich, das etwa 4.000 Kilowattstunden pro Jahr benötigt [2]. Die Universität Harvard hat sich näher mit dem Thema Energieverbrauch in Laboren beschäftigt. Hier belegen die Forschungsräume etwa ein Fünftel der Fläche, verbrauchen allerdings fast die Hälfte der gesamten Energie. 44 Prozent hiervon hängen direkt mit der Belüftung zusammen, die wiederum maßgeblich von den Laborabzügen beeinflusst wird. Dieser extra umschlossene Arbeitsraum im Labor ist für die sichere Verwendung von flüchtigen organischen Verbindungen, Säuren oder Lösungsmitteln unerlässlich [3]. Doch entziehen besonders diese Geräte dem Laborraum klimatisierte Luft, deren Aufbereitung energieaufwändig und damit teuer sowie umweltbelastend ist. Daher gilt es, besonders bei den ökologischen und ökonomischen Effekten von Laborabzügen auf eine positive Bilanz zu achten.

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Drei Schutzziele für sichere Abzüge

Das Thema Nachhaltigkeit kann auch anhand einer gesellschaftlichen Komponente betrachtet werden: Die Verantwortung gegenüber Menschen. Die resultiert in der Kernanforderung von Laborabzügen, der Sicherheit. Abzüge müssen Menschen bei ihrer täglichen Arbeit im Labor schützen. Dazu sind in den berufsgenossenschaftlichen Richtlinien und der europäischen Abzugsnorm (EN 14175 Teil 2) drei Schutzziele definiert [4]: „Abzüge müssen so beschaffen sein, dass durch ihre Bauweise und Luftführung im Betriebszustand

• Gase, Dämpfe oder Stäube in gefährlicher Konzen­tration oder Menge aus dem Abzugsinneren nicht in den Laborraum gelangen können,

• sich im Abzugsinneren keine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre bilden kann und

• Versicherte gegen verspritzende gefährliche Stoffe oder umherfliegende Glassplitter geschützt sind.“

Zwei Komponenten sind bezüglich des Rückhaltevermögens des Abzugs – beschrieben im ersten Absatz der Abzugsnorm – zu beachten: Die bauliche Ausführung des Abzugs und dessen benötigte Abluftmenge. Bei festgelegter baulicher Ausführung gilt die Faustformel: Je größer die Abluftmenge, desto besser das Rückhaltevermögen, desto sicherer der Abzug. Damit verhalten sich Wirtschaftlichkeit und Sicherheit umgekehrt proportional zueinander: Höhere Sicherheit wird erreicht durch höhere Betriebskosten.

Eine Reduktion des Luftverbrauchs ist somit neben der Arbeitssicherheit eine der wichtigsten Anforderungen bei der Entwicklung von Laborabzügen. Der Stromverbrauch ist bei einem Abzug, der bei maximaler Stufe bei offenem Frontschieber betrieben wird, mit dem Betrieb von drei Häusern vergleichbar – errechnet von Evan Mills und Dale Sartor vom Lawrence Berkeley National Laboratory [5].

Energiesparen mit dem Frontschieber

Das entscheidende Stichwort beim Thema Stromverbrauch bei Laborabzügen lautet „Abluftregelsysteme“, denn diese reduzieren bei geschlossenem Frontschieber den Abluftstrom, ohne die Sicherheit des Abzugs zu gefährden. Der Abluftvolumenstrom wird in Abhängigkeit von der Frontschieberöffnung über eine motorisch angetriebene Stellklappe geregelt. Für jeden Betriebszustand des Abzugs wird dem Laborraum gerade so viel Luft entnommen, wie für den sicheren Betrieb notwendig. Bei geschlossenem Frontschieber lässt sich so der Volumenstrom eines Abzugs um etwa 50 Prozent gegenüber dem geöffneten Zustand reduzieren. Bei Köttermann Laborabzügen wird die Frontschieberöffnung über eine elektronische Bedieneinheit direkt am Display eingestellt und lässt sich präzise per Schieben oder punktuell per Tippen regeln.

Ein automatischer Schutzmechanismus schließt selbsttätig den Frontschieber, sobald die Arbeit im Abzug endet. So wird Energie gespart und gleichzeitig das Gefahrenpotenzial minimiert. Sollte einmal etwas aus dem Abzug herausragen, sorgt der so genannte Close Guard durch ein Lichtgitter dafür, dass der Frontschieber automatisch stoppt.

Ein Laborabzug als Tool für Nachhaltigkeit

Um die Betriebskosten zu senken und gleichzeitig die Sicherheitsanforderungen einzuhalten, hilft neben der korrekten Frontschieberstellung auch durchdachtes Produktdesign. Ein Beispiel hierfür ist der Köttermann Laborabzug Exploris Eco Plus, der aufgrund einer besonderen Lufttechnik und Bauweise einen geringen Luftvolumenstrom benötigt. Mit einem empfohlenen, konstanten Volumenstrom von 275 m³/h pro Meter Abzugsbreite verbraucht dieses Modell eine gegenüber einem marktüblichen Standardabzug um etwa 30 Prozent reduzierte Abluftmenge. Das spart bis zu 1.000 Euro Betriebskosten pro Jahr. Darüber hinaus bietet dieser Abzug eine grundlegende Energieeinsparung, ohne dass ein Abluftregelungssystem installiert werden muss Dies ist insbesondere von Vorteil für Laboratorien, die nicht mit einem anspruchsvollen Abluftsystem ausgestattet sind.

Kernstück des Eco Plus ist seine einzigartige Strömungstechnik: Diese reduziert den Luftvolumenstrom bei gleichzeitiger Erfüllung aller Sicherheitsanforderungen. Der Anspruch ist dementsprechend hoch: Im Robustheitstest zur Bewertung des Leistungsvermögens von Abzügen liegt der Prüfgasausbruch dieses Geräts um 70 Prozent unterhalb des geforderten Grenzwertes für Abzüge, den die Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BG RCI) vorgibt.

Kernstück für sicheres, nachhaltiges Labor

Wie in der Abzugsnorm im zweiten und dritten Absatz aufgeführt, gilt ein Abzug als sicher, wenn er dem Stand der Technik entspricht, nach bestehenden Normen geprüft wurde und dabei die vorgeschriebenen Grenzwerte mit großen Sicherheitsreserven einhält. Im praktischen Laboreinsatz ist der Abzug immer Teil einer Prozesskette. Deren Sicherheit wird durch viele Parameter bestimmt, die nicht nur durch die Bauart des Abzugs, sondern auch durch dessen Gebrauch beeinflusst werden. Beispiele hierfür sind:

• Wird die Luftführung des Abzugs durch äußere Einflüsse am Aufstellungsort gestört? Je größer die Gefährdung durch die im Abzug durchgeführten Prozesse, desto wichtiger ist, dass die Luftführung nicht durch vorbeigehende Personen oder Zugluft im Labor beeinflusst wird.

• Wer arbeitet am Abzug? Ist das Personal ausreichend erfahren, um die anfallenden Arbeiten gefahrlos durchführen zu können?

• Gibt es Betriebsanweisungen und befolgen die Mitarbeiter diese im Alltag?

• Wie ist der Umgang, z. B. die Lagerung und Entsorgung von Gefahrstoffen organisiert?

• Welche Notfallmaßnahmen sind für den Fall des Verschüttens von Chemikalien oder von Unfällen vorgesehen?

Daher ist der Abzug immer ein Kernstück einer sicheren und nachhaltigen Arbeitsumgebung, der aber nie isoliert betrachtet werden sollte, sondern stets mit anderen wesentlichen und sicherheitsrelevanten Einrichtungen im Labor abgestimmt werden muss, wie mit Augenduschen oder Sicherheitsschränken für brennbare Chemikalien.

Literatur

[1] www.greenlabsaustria.at. Stand 27.04.2023

[2] Stromverbrauch im Einfamilienhaus, www.gasag.de, Stand 27.04.2023

[3] Quentin Gilly: Validating cost and energy savings from Harvard’s shut the sash program (pdf), Stand 27.04.2023

[4] Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV): Sicheres Arbeiten in Laboratorien – Grundlagen und Handlungshilfen. 1. Auflage 12/2008. S. 133

[5] Mills and Sartor: Energy use and savings potential for laboratory fume hoodsEnergy Volume 30, Issue 10, July 2005, Pages 1859-1864; DOI: 10.1016/j.energy.2004.11.008

Literatur

(ID:49594004)