Wie funktioniert die elektrochemische Aktivierung (ECA)?

Die elektrochemische Aktivierung ist eine Technologie, die komplex aussieht, aber äußerst einfache Einsatzstoffe hat: Salz, Wasser und Strom. Aus diesen drei Einsatzstoffen wird ein starkes Desinfektionsmittel erzeugt, und keine weitere Chemikalie ist erforderlich.

Das Grundprinzip: Elektrolyse

Im Herzen des Systems steht eine Elektrolysezelle. Eine verdünnte Salzlösung (Natriumchlorid) wird durch diese Zelle geleitet. Wenn Strom an die Elektroden im Inneren der Zelle angelegt wird, treten die Wasser- und Salzmoleküle in elektrochemische Reaktionen ein.

Die Chlorid-Ionen in der Lösung werden an der Anode oxidiert und reagieren mit Wasser zu hypochloriger Säure (HOCl). Das Ergebnis ist eine Lösung mit niedriger Salzkonzentration, aber hoher Desinfektionsleistung.

Zellen mit und ohne Diaphragma

ECA-Zellen können von zwei Hauptbauarten sein:

• Ohne Diaphragma (Einzelzelle): Anode und Kathode befinden sich in derselben Kammer. Die erzeugte Lösung ist ein ausgewogenes Desinfektionsmittel nahezu neutralen pH-Werts, das von hypochloriger Säure dominiert wird. Dies ist die häufigste Bauart für die Wasser- und Flächendesinfektion.
• Mit Diaphragma (Membran): Anode und Kathode sind durch eine Membran getrennt, wodurch zwei Lösungen entstehen: ein starkes Oxidationsmittel (Anolyt) und ein alkalisches Reduktionsmittel (Katholyt). Wird in Sonderanwendungen eingesetzt.

Für die meisten Anwendungen der Wasser- und Flächendesinfektion wird die Anordnung bevorzugt, die eine Lösung aus hypochloriger Säure mit neutralem pH erzeugt, weil sie zugleich die wirksamste Form des Chlors und einen anlagenschonenden pH-Wert bietet.

Bedarfsgesteuerte Erzeugung

Das wichtigste Betriebsmerkmal von ECA-Systemen ist, dass sie bedarfsgesteuert laufen können. Das System startet und stoppt die Erzeugung automatisch anhand der Freichlormessung auf der dosierten Leitung. Dadurch:

• Werden Überproduktion und Überdosierung vermieden.
• Wird die Lösung stets frisch verwendet, ohne Haltbarkeitsproblem.
• Wird die Dosierung an den Echtzeitbedarf der Einrichtung angepasst.

Warum Vor-Ort-Erzeugung?

Beim herkömmlichen Verfahren wird das Desinfektionsmittel (zum Beispiel Natriumhypochlorit) in Fässern gekauft, transportiert und gelagert. Diese Kette bringt mehrere Probleme mit sich: Anforderungen an Transport und Lagerung von Gefahrgut, Wirksamkeitsverlust mit der Zeit und ständige Versorgungsabhängigkeit.

Die Vor-Ort-Erzeugung beseitigt diese Kette. Die Einrichtung erzeugt ihr eigenes Desinfektionsmittel und hält neben Strom nur Salz als Einsatzstoff vor. Das macht sowohl bei der Sicherheit als auch bei den Betriebskosten einen deutlichen Unterschied.

Wo wird sie eingesetzt?

Die ECA-Technologie wird heute über ein breites Spektrum hinweg eingesetzt – von Trinkwassernetzen bis zu Schwimmbädern, von Lebensmittelbetrieben bis zu Gesundheitseinrichtungen, von der landwirtschaftlichen Bewässerung bis zur Tierhaltung. Der gemeinsame Nenner ist stets derselbe: der Bedarf an sicherer, wirksamer und kontinuierlicher Desinfektion.

Was die Wirksamkeit tatsächlich bestimmt: das Redoxpotenzial

Die Stärke einer ECA-Lösung wird meist mit einer einzigen Zahl beschrieben — der Konzentration an freiem Chlor. Messungen zeigen ein komplexeres Bild.

Kim, Hung und Brackett trennten die Variablen hinter der Wirksamkeit elektrolytisch erzeugten oxidierenden Wassers auf: pH-Wert, Redoxpotenzial (ORP) und Restchlor. Im Vergleich mit chemisch modifizierten Lösungen, die den Eigenschaften von EO-Wasser nachgebildet waren, bewerteten sie den Beitrag jeder Variablen zur Inaktivierung getrennt. Als bestimmende Größe trat das Redoxpotenzial hervor.1

Für den Betrieb heißt das: Das Redoxpotenzial ist kein abgeleiteter Indikator des freien Chlors, sondern ein eigenständig zu überwachender Prozessparameter. Deshalb messen und berichten unsere Systeme das ORP unabhängig.

Warum der pH-Wert so entscheidend ist

Wie viel des an der Anode erzeugten Chlors in der wirksamen Form hypochloriger Säure verbleibt, bestimmt der pH-Wert des Wassers. Die zugehörige Dissoziationskonstante wurde 1948 gemessen: pKa ≈ 7,5.3

Die praktische Folge: Bei pH 6 liegen rund 97 % des freien Chlors in der wirksamen Form vor; bei pH 8 sind es 26 %, bei pH 9 noch 3 %. Dass Zellen ohne Diaphragma nahe dem neutralen pH-Wert arbeiten, ist kein Zufall, sondern die unmittelbare Folge dieser Kurve.

Gemessene Wirkung gegen Viren

Die Wirksamkeit elektrolysierten Wassers beschränkt sich nicht auf Bakterien. Tamaki und Kollegen prüften neutrales elektrolysiertes Wasser gegen Vogelgrippeviren.

Der Befund: Bei 43 ppm freiem Chlor und darüber sank der Titer des hochpathogenen H5N1 und des niedrigpathogenen H9N2 innerhalb einer Minute irreversibel um mehr als 5 log. Bei freiem Chlor unter 17 ppm blieb die Wirkung aus; die Mindestschwelle für eine viruzide Wirkung wurde mit etwa 40 ppm bestimmt.4

Ein bemerkenswertes Detail derselben Arbeit: Aus dem mit der neutralen Lösung inaktivierten Virus ließen sich keine viralen Genfragmente mehr amplifizieren — die Wirkung ist eine strukturelle Zerlegung, kein oberflächlicher Aktivitätsverlust.

Die Stellung des Verfahrens in der Industrie

Der industrielle Einsatz elektrolysierten Wassers ist in der begutachteten Literatur aufgearbeitet. Eine auf die Lebensmittelindustrie ausgerichtete Übersichtsarbeit hält fest, dass Salz der einzige chemische Einsatzstoff ist, die Erzeugung am Einsatzort erfolgen kann und das Verfahren gegenüber konventionellen Systemen Kosten- und Umweltvorteile bietet.2