Innenraumfilter schützen vor schlechter Luft

22.2.2019

Die Belastung der Luft durch Stickstoffdioxid (NO2) an dicht befahrenen Straßen in Ballungsräumen steht seit mehreren Jahren im Fokus öffentlicher Diskussionen. Die Luftschadstoffe, denen Menschen auf der Straße ausgesetzt sind, lassen sich dabei auch im Innenraum der Autos finden. Eine ADAC Studie zeigt, dass Aktivkohle-Kombifilter Staub, Kraftstoffdämpfe und Stickstoffdioxid wirksam zurückhalten können. 

Innenraumfilter ADAC
© Fotolia/Monika Wisniewska

Filter können gasförmige Schadstoffe reduzieren

Ein großer Teil der aktuellen Pkw-Modelle wird bereits serienmäßig mit Aktivkohle-Kombifiltern ausgeliefert. Diese Filter können nicht nur Sand, Staub und Partikel wie etwa Dieselruß vom Fahrzeuginnenraum fernhalten, sondern auch eine deutliche Reduzierung von gasförmigen Schadstoffen wie etwa NO2 bewirken.

Experten raten, bereits beim Kauf eines Autos auf eine wirkungsvolle Innenraumfilterung zu achten. Für viele Autos mit einfachen Partikel-Innenraumfiltern ist zudem ein preiswerter Austausch gegen die deutlich wirksameren Aktivkohle-Filter möglich. Dies ist angesichts der relativ geringen Zusatzkosten vor allem für Menschen mit Atemwegserkrankungen empfehlenswert. Beim Austausch sollten möglichst Originalersatzteile oder Produkte renommierter Hersteller verwendet werden. Bei schlechten Luftbedingungen oder gesundheitlichen Problemen ist ein häufigerer Filterwechsel anzuraten. Der Autoindustrie empfehlen wir, die Prüfnormen für Innenraumfilter weiterzuentwickeln, um dem Stand der Technik zu folgen.

Die Ergebnisse der Studie im Detail

Fazit

Mit Aktivkohle gegen Stickstoffdioxid

Stickstoffdioxid-Immissionen (NO2) führen – je nach Konzentration in der Luft und der individuellen Einwirkdauer – zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Erst seit wenigen Jahren ist eine sensible Messung der NO2 Konzentrationen in einem fahrenden Personenkraftwagen möglich. Im Jahr 2016 wurde in Presseveröffentlichungen erstmals von Messungen der Luftgüte im Innenraum fahrender Personenwagen durch das Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg berichtet. Ein populäres Automagazin publizierte folgende NO2-Höchstwerte: Tunnelfahrt hinter SUV 478 µg/m3 (Mikrogramm je Kubikmeter), viel befahrene Autobahn 311 µg/m3 und Stadtverkehr 91 µg/m3. Als Versuchsfahrzeug diente ein Golf 5 von Volkswagen, der offensichtlich mit einem einfachen Innenraumfilter ohne Aktivkohle ausgerüstet war. Bedauerlicherweise wurden von dem Automagazin keine Vergleichsmessungen mit einem Aktivkohle-Kombifilter durchgeführt, obwohl ein derartiger Filter optional als Original-Ersatzteil auch für dieses Modell von Volkswagen erhältlich ist. 

Ein großer Teil der aktuellen Pkw-Modelle – insbesondere europäischer Fahrzeugbauer – wird bereits serienmäßig mit Aktivkohle-Kombifiltern ausgeliefert. Diese Kombifilter können nicht nur Sand, Staub und feinste Partikel (etwa Dieselruß) zurückhalten, sondern bieten auch eine deutliche Reduzierung der gasförmigen Schadstoffe wie etwa für Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Kraftstoffdämpfe), Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffdioxid (NO2).

Die gute Wirksamkeit der Kombifilter wurde durch unabhängige, wissenschaftliche Studien nachgewiesen. Für viele Automodelle mit einfachen Partikel-Innenraumfiltern ist ein einfacher und preiswerter Austausch gegen Aktivkohle-Kombifilter möglich, die beim Marken-Vertragshändler und auch im freien Teilehandel erhältlich sind. Insbesondere für Autofahrer mit gesundheitlichen Problemen – etwa Erkrankungen der Atemwege – ist der geringe Mehrpreis für ein Aktivkohle-Kombifilter empfehlenswert.

Kombifilter

Filterung von Pollen, Staub und Ruß

Einfache Innenraumfilter bestehen üblicherweise aus einem gefalteten (plissierten) Filtermedium und einem Rahmen zur Fixierung und zur Abdichtung im Luftkasten. Beim Filtermedium handelt es sich grundsätzlich um Vliesmaterialien aus feinen synthetischen Fasern. Grobe Partikel – etwa Insekten und Sand – werden wie von einem Sieb zurückgehalten und feine Partikel – etwa Staub und Ruß – durch elektrostatische Wirkungen (Elektretwirkung) der synthetischen Fasern. Das verwendete Material ist wasserabstoßend, um ein Wachstum von Mikroorganismen zu minimieren und ein Verstopfen durch Aufquellen oder Vereisung zu vermeiden.

Aktuelle Innenraumfilter erfüllen üblicherweise die Normklassen F7 und F8 und halten Partikel größer 10 Mikrometer (0,01 Millimeter) vollständig zurück. Die auf der Außenseite des Filters abgeschiedenen organischen Substanzen können bei höherer Luftfeuchtigkeit (ab etwa 55 Prozent) biologischen Prozessen anheimfallen. Auf der Abluft- bzw. Innenseite des Filters sind daher Geruchs- und Gesundheitsbeeinträchtigungen durch Pilze und Bakterien möglich. Daher ist das regelmäßige Austauschen des Filterelementes nach Maßgabe des Fahrzeugherstellers sehr empfehlenswert. Zudem kann ein schmutzbeladenes Filterelement den Luftstrom erheblich abbremsen.

Reduzierung schädlicher Gase

Bereits ab Mitte der 1990er Jahre produziert die Industrie erschwingliche Aktivkohle-Kombifilter. Hier sind Partikelfilter und Aktivkohleschicht in einer Baugruppe – dem Hybridvlies – vereint. Für nahezu jedes Modell sind derartige Innenraumfilter inzwischen als Zubehör erhältlich. Ab Werk sind indes einige Automodelle noch mit einfachen Innenraum-Partikelfiltern ausgerüstet. Ursache ist anscheinend die fehlende Sensibilisierung der Autokäufer für dieses unsichtbare Detail und die daraus resultierenden Sparbemühungen der Fahrzeughersteller. 

Ein anderer, noch heute praktizierter Ansatz zur Reduzierung von gasförmigen Schadstoffen ist die automatisierte Schaltung auf Umluftbetrieb, wenn ein Luftgütesensor etwa erhöhte Konzentrationen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen detektiert. Der Umluftbetrieb kann aber nur begrenzte Zeit aktiviert sein, weil keine Außenluft in den Innenraum gefördert wird und daher der Sauerstoffanteil von den Insassen aufgezehrt wird.

Antiallergene und antimikrobielle Substanzen

Seit etwa Mitte der 2010er Jahre versuchen einige Filterhersteller weiterentwickelte Innenraumfilter mit antiallergenen und antimikrobiellen Beschichtungen am Markt zu etablieren. Bei diesen Kombinationsfiltern ist ein Filtervlies mit biofunktionalen Substanzen ausgerüstet. Diese Filter sollen insbesondere sensibilisierten Menschen (etwa mit Heuschnupfen, Asthma usw.) Linderung verschaffen. Die funktionale Ausrüstung des Filtermaterials basiert vorzugsweise auf natürlichen Fruchtextrakten, etwa Polyphenolen. Die eingesetzten Komponenten sollten unbedenklich gegenüber Haut- und Augenirritationen sein und möglichst keine bedenklichen Inhaltsstoffe, wie etwa Biozide und Nanosilber enthalten.

Normen & Studien

Normen für Pkw-Innenraumfilter

Bereits Anfangs der 1990er Jahre kümmerten sich im Normenausschuss Kraftfahrzeuge (FAKRA) Fachleute aus der Fahrzeug- und Zulieferindustrie um eine Vereinheitlichung der diversen Bewertungsmethoden der Filtrationsqualität. Das erste Ergebnis wurde 1993 in der Norm DIN 71460 Teil 1 publiziert. Teil 1 beschreibt das Prüfverfahren für Partikelfiltration, also den Prüfstaub, den detaillierten Testaufbau mit Probenentnahme und die Bewertungsgrößen nebst Messtechnik.

Der zweite Teil der DIN 71460 wurde als Entwurf erarbeitet. Ziel war die Bewertung der Abscheideleistung gegenüber Gerüchen und Schadgasen auf Basis des in Teil 1 definierten Versuchsaufbaus. Als Prüfgase einigte man sich auf Butan (C4H10) und Toluol (C7H8) sowie auf Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffdioxid (NO2). Damit sollte ein breites Anforderungsprofil an die zum Einsatz kommenden Adsorberfilter gestellt werden. Die Festlegung der Prüfgaskonzentrationen von 80 ppm (parts per million; wörtlich übersetzt „Anteile pro Million“) für die beiden Kohlenwasserstoffe und 30 ppm für NO2 (entsprechen etwa 60.000 Mikrogramm je Kubikmeter!) und SO2 wurden als Kompromiss zwischen den bekannten Umweltkonzentrationen und den erwogenen online-Messverfahren definiert. Ausschlaggebend war die zu diesem Zeitpunkt kommerziell verfügbare Messtechnik, die noch zu akzeptablen Kosten erhältlich war. Zudem wurden im Entwurf die sehr relevanten Messbedingungen Lufttemperatur und Feuchte definiert. Diese wichtige deutsche Normungsarbeit mündete wesentlich in die internationale ISO-Norm 11155 ein.

Der entscheidende Mangel der derzeitigen Messbedingungen ist indes die Konzentration der eingeleiteten Schadgase. Im realen Straßenverkehr liegen die tatsächlichen Schadgaskonzentrationen unter den normativen Anforderungen. Beispielsweise entsprechen 4 ppm des derzeit populären Stickstoffdioxids (NO2) bei üblichen Umweltbedingungen einem Wert von rund 7500 Mikrogramm je Kubikmeter Luft. In der Luft des Straßenverkehrs sind indes 40 Mikrogramm als erlaubter Jahresmittelwert vorgesehen. Bei Tunnelfahrten konnten Spitzenwerte bis knapp 1000 Mikrogramm ermittelt werden. Doch völlig unverständlich und unakzeptabel ist der vollständige Wegfall des ursprünglich in der DIN 71460-2 vorgesehenen Stickstoffdioxids (NO2) als ein verbindliches Prüfgas in der derzeit gültigen ISO-Norm 11155.

Publizierte wissenschaftliche Studien

Die Fachzeitschrift  F & S Filtrieren und Separieren veröffentlichte weitgehend unbeachtet im Jahr 2016 die umfängliche Studie „Die Effizienz von Kfz-Innenraumfiltern bei zunehmender Beladung mit Außenluft“. Quelle sind Forschungen der industriellen Gemeinschaftsforschung unter Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter Beteiligung der Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl Nanopartikel-Prozesstechnologie, und dem Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., beide in Duisburg. Der erste Teil der Studie wendet sich der „Ermittlung der Leistungsdaten bei der Partikelabscheidung“ zu. Beim zweiten Teil geht es um die „Ermittlung der Leistungsdaten bei der Reinigung der Gasphase“.

Ein kurzer Teil der Zusammenfassung des ersten Teils: Filter mit unbekannter Beladungshistorie in Fahrzeugen, die von Kfz-Werkstätten aus dem Ruhrgebiet bezogen wurden, weisen gegenüber typgleichen Filtern im Neuzustand nur moderate Druckverlustanstiege auf. Die gemessenen Filtereffizienzen der gebrauchten Filter zeigen, dass sie ihre Elektretwirkung in weiten Teilen verloren haben und liegen erkennbar unterhalb der Werte im Neuzustand.“ Das bedeutet, dass je nach Einsatzbedingungen der Filter die elektrostatische Abscheidung am Filtervlies – etwa von sehr feinen Rußpartikeln – deutlich und irreversibel bereits nach einigen Wochen abnimmt.

Das Abstrakt des zweiten Teils: „Im Rahmen dieser Studie wurde das Durchbruchsverhalten der Prüfgase n-Butan, Toluol und NO2 an neuen, gebrauchten und künstlich gealterten Kombifiltern für die Kfz-Innenraumfiltration untersucht. Die erhebliche Reduzierung der Adsorptionskapazität von gebrauchten gegenüber neuen Kfz-Innenraumfiltern wurde verdeutlicht. Im Falle des Prüfgases NO2 wurde zusätzlich gezeigt, dass es durch den Gebrauch oder die Alterung zu einer Abnahme des katalytischen Umsatzes von NO2 zu NO (Stickstoffmonoxid) kommt. Für alle Testsubstanzen konnte mit einer künstlichen Alterung durch Außenluft die Alterung im Realbetrieb nur näherungsweise simuliert werden.“ Dazu ist allerdings anzumerken, dass die Untersuchungen mit– im Vergleich zu denen im Verkehrsraum – sehr hohen Stickstoffdioxidkonzentrationen von 4 ppm durchgeführt wurden. Auf dem Prüfstand konnten auch bei künstlich gealterten Filterelementen und hohen Stickstoffdioxidkonzentrationen deutliche Reduktionen dieses Schadgases ermittelt werden.

Einen beachtlichen medialen Erfolg konnte das Magazin Autobild im Mai 2016 mit einem Beitrag zu den Stickstoffdioxidkonzentrationen im Innenraum eines fahrenden Pkw verbuchen. Die zusammen mit dem Institut für Umweltphysik der Heidelberger Universität durchgeführten Untersuchungen offenbarten mittlere Stickstoffdioxid-Konzentrationen von 57 bis 166 µg/m3 Luft. Als Versuchsfahrzeug diente ein Volkswagen Golf 5, der offensichtlich mit einem frischen Innenraumfilter ohne Aktivkohle ausgerüstet war. Bedauerlicherweise wurden von Autobild keine Vergleichsmessungen mit einem Aktivkohle-Kombifilter durchgeführt, obwohl ein derartiger Filter optional als VW Originalersatzteil verfügbar ist.

Angebot

Angebote und Informationen der Fahrzeughersteller

Alle Fahrzeughersteller mit signifikanter Bedeutung für den deutschen Markt wurden im März 2018 mittels eines einheitlichen, strukturierten Fragebogens interviewt. Die Quantität und Qualität der Antworten entsprach leider nicht immer den Erwartungen. Es zeigte sich insbesondere darin, dass belastbare Größen zu Minderung von Partikeln oder gasförmigen Schadstoffen nur von wenigen Fahrzeugherstellern genannt wurden. Europäische und besonders deutsche Fahrzeughersteller bieten vorgeblich – mit werblichem Wortgeklingel herausgestellt – multifunktionale Innenraumfilter an. Doch welchen Vorteil der Autokäufer tatsächlich davon hat, bleibt oft dimensionslos. Zur Entschuldigung der Autohersteller muss aber angemerkt werden, dass die realistische Angabe einer Schadstoffreduzierung für die Innenraumluft definierter Fahrzeugmodelle wegen der vielen bedeutsamen langwirkenden Faktoren – etwa Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Fahrgebiet nebst Luftbelastung, Luftdurchsatz usw. – nur sehr ungefähr möglich ist.

Immerhin stellen die Hersteller Ford und Renault eine Minderung der NO2 Konzentration bis zu 95 Prozent bzw. 87 Prozent – ermittelt auf Basis des Normenentwurfes DIN 71460-2 – für Ausführungen mit Aktivkohle-Kombifilter in Aussicht. Ausstattungsabhängig bieten auch Nissan, Mercedes, Peugeot-Citroen, Volvo und Volkswagen besondere Aktivkohle-Kombifilter an, allerdings ohne nominelle Angabe der Leistungsfähigkeit. Volkswagen bietet überdies für die Modelle Polo, Golf, Tiguan, Passat und Arteon die Ausstattungsoption „Air Care Climatronic“ an. Es handelt sich bei diesem Angebot um eine automatisierte Umluftsteuerung mittels Schadstoffsensor und einem speziellen Aktivkohle-Kombifilter mit einer Extra-Beschichtung mit sekundären Pflanzenstoffen (Polyphenole, Fruchtsäuren u.a.) zur Beseitigung diverser Allergene. Automatisierte Umluftsteuerungen bieten zudem auch modell- und ausstattungsabhängig die Marken Peugeot-Citroen, Renault und Volvo. Zu den automatisierten Umsteuerungen ist anzumerken, dass sie nur kurze Zeit (wenige Minuten) den Eintrag von Schadstoffen in den Innenraum unterdrücken können. Damit lassen sich nur kurze Fahrsequenzen – etwa Tunnelfahrten – überbrücken.

Angebote und Informationen der Anbieter des freien Teilemarktes

Der ADAC hat auch die einschlägigen Zulieferer bzw. Anbieter mit einem Fragenkatalog interviewt, da Filterelemente wie andere Verschleißteile von Autofahrern auch im freien Teilehandel erworben werden. Zudem gibt es von einigen Anbietern auch Aktivkohle-Kombifilter zur Nachrüstung für Fahrzeuge, die nur mit einfachen Partikelfiltern ab Werk ausgeliefert wurden. 

Interessant sind die qualifizierten und glaubwürdigen Angaben von zwei renommierten Zulieferern zur NO2 Reduktion: „Im November 2017 wurden von Mann+Hummel in Kooperation mit der Universität Heidelberg Messungen der NO2-Konzentration im Fahrzeuginnenraum in Stuttgart durchgeführt. Dabei wurden Außenkonzentrationen von bis zu 1000 μg/m³ vor allem im Tunnel gemessen. Im Fahrzeuginnenraum lag NO2 fast durchgängig bei weniger als 40 μg/m³. Die mittlere NO2-Reduktionsrate lag zwischen 95 und 90 Prozent. Auch für die Sättigung des Kombifilters wurden Messungen in Kooperation mit der Universität Heidelberg durchgeführt und festgestellt, dass bei einem Innenraumfilter mit Aktivkohle nach 30.000 km immer noch NO2-Reduktionsraten von 66-70 Prozent erreicht werden. MANN-FILTER empfiehlt jedoch einen Wechsel der Innenraumfilter alle 15.000 km oder einmal jährlich.“ 

Die Firma Freudenberg teilte uns mit: „Ausgehend von der Leistungsfähigkeit eines Kombifilters gegenüber NO2 gemessen nach DIN 71460 kann bei der gegenüber der DIN Prüfung um Faktor 300 geringeren Schadgaskonzentration der Außenluft (30 ppm nach DIN gegenüber der Außenluftkonzentration von 200 µg/m3 = etwa 0,1 ppm) der Kombifilter >95 % NO2 reduzieren. Zu beachten ist, dass diese Bedingung in dem 71460-2 DIN Prüfstand nicht simuliert werden kann, da diese geringe Aufgabekonzentration von 0,1 ppm nicht vorgesehen ist und damit die vorhandenen Dosier- und Detektionssysteme technisch nicht darauf ausgelegt sind. Von daher beziehen wir uns mit unserer Angabe auf Korrelationen basierend auf DIN Prüfergebnisse. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass sich unsere Angabe auf die isolierte Beaufschlagung des Filters mit NO2 bezieht – in der Realität liegen Gasmischungen unterschiedlichster Komponenten vor, die die Adsorptionsfähigkeit von Kombifiltern beeinflusst. Unter Heranziehen der DIN Test-Beaufschlagung ist der Filter nach ca. 3 Stunden bei 30 ppm gesättigt; bei Annahme der Realkonzentration von 200 µg/m3 NO2 (ca. 0,1 ppm) unter Normalbedingungen und einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 km/h ergibt dies eine Standzeit von rund 45.000 km.“ 

Auch die Stuttgarter Firma Mahle hat Tests ihrer Aktivkohle-Kombifilter im Straßenverkehr zusammen mit dem Institut für Umweltphysik der Heidelberger Universität durchgeführt und stellt eine bedeutsame Minderung (etwa 90 Prozent) des Stickstoffdioxids in Aussicht. Aktivkohle-Kombifilter mit Stickstoffdioxid-Minderung gibt es auch von Bosch, Hengst und Valeo.

Eine Qualitätszusicherung auf den Filterelementen auf Basis einer gemäß dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik fortentwickelten DIN-Norm 71460 wäre für den Verbraucher nützlich. Damit könnten sich gegebenenfalls auch Originalersatzteile des Fahrzeugherstellers oder hochwertige Markenprodukte des freien Teilehandels von billigen Plagiaten absetzen.

Tipps & Empfehlungen

ADAC Empfehlungen

  • Fahrzeughersteller und Teilehersteller sollten die Prüf-Normen für Kfz-Innenraumfilter aktualisieren, um dem Stand der Technik zu entsprechen.
  • Eine zertifizierte Kennzeichnung der Innenraumfilter hinsichtlich Qualität und Filtereigenschaften gemäß einer aktuellen, authentischen Norm wäre für Verbraucher und Anbieter sinnvoll.


Tipps für Verbraucher

  • Beim Autokauf auf wirkungsvolle Innenraumfilterung Wert legen
  • Die Liste „Auto und Allergie“ ist für Autokäufer mit Allergien hilfreich
  • Filterwechsel gemäß Vorgabe des Fahrzeugherstellers reicht bei Normalbedingungen
  • Häufigere Filterwechsel sind bei schlechten Luftbedingungen und/oder gesundheitlichen Problemen empfehlenswert.
  • Beim Austausch möglichst Originalersatzteile oder Produkte renommierter Anbieter verwenden
  • Eventuelle mikrobiologische Belastungen durch Keime in der Klimaanlage vermeiden. Dazu die Kühlfunktion möglichst einige Minuten vor dem Erreichen des Ziels abschalten, damit Kondenswasser aus der Lüftungstechnik austrocknen kann.