Stand: August 2026 · Fachlich geprüft

Beim nichtthermischen Plasma (NTP), auch Kaltplasma genannt, wird die eingekoppelte Energie hauptsächlich auf die Elektronen übertragen, während sich die Gastemperatur auf dem Niveau der Umgebungstemperatur bewegt. Die Energie der Elektronen wird genutzt, um Kohlenwasserstoffverbindungen aufzuspalten. Das Anwendungsspektrum fokussiert sich deshalb nach VDI 2441 vorwiegend auf geruchsbeladene Abgase und solche, die niedriger konzentrierte, gasförmige Kohlenwasserstoffe enthalten.

Der Reiz liegt in der Energiebilanz: Weil die schweren Atome und Moleküle auf niedrigem Temperaturniveau bleiben, kann die Energieeffizienz prinzipiell sehr hoch sein. Die Grenzen liegen in der Stöchiometrie, in unvollständiger Oxidation und in Nebenprodukten — allen voran Ozon.

Wie nichtthermisches Plasma funktioniert

Nichtthermische Plasmen — auch Nichtgleichgewichtsplasmen — sind Plasmen, die sich nicht im thermischen Gleichgewicht befinden: Die Temperaturen der enthaltenen Teilchensorten (Neutralteilchen, Ionen, Elektronen) unterscheiden sich signifikant.

Der Wirkmechanismus in der Abgasreinigung:

• In einem starken elektrischen Feld werden Elektronen erzeugt und beschleunigt.
• Diese stoßen mit Atomen und Molekülen zusammen und erzeugen hochreaktive Gasteilchen — vor allem Sauerstoff- und Stickstoffspezies sowie Hydroxylradikale.
• Die Radikale bewirken eine Teil- oder Totaloxidation der organischen Luftschadstoffe im Plasma.

Der Unterschied zur thermischen Oxidation ist grundlegend: Dort wird das gesamte Gasvolumen auf über 800 °C gebracht. Beim NTP bleibt das Gas kalt, und nur die Elektronen tragen die Energie. Deshalb kommt das Verfahren ohne Brennstoff aus — und deshalb skaliert es schlecht mit steigender Fracht.

Entladungsformen

Aus verfahrenstechnischer Sicht existieren mehrere geeignete Entladungsformen. Zur Abgasreinigung eignen sich vor allem Korona- und Barriereentladungen.

Dielektrisch behinderte Entladung (DBE). Eine oder beide Elektroden sind mit einem Dielektrikum bedeckt. Trotz normalen Gasdrucks entstehen Plasmen weit ab vom thermischen Gleichgewicht: Eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt mit jeder Periode an anderen Stellen winzige Entladungskanäle, sogenannte Streamer. Da diese Kanäle nur einen Bruchteil des Entladungsvolumens ausmachen und die Entladungsdauer durch die kapazitive Kopplung stark begrenzt ist, bleibt die mittlere Gastemperatur nahe der Raumtemperatur.

Ohne das Dielektrikum würden wenige, örtlich fixierte Lichtbögen zwischen den Metallelektroden überspringen. Das Dielektrikum verteilt die Entladung statistisch räumlich und zeitlich über die Elektrodenflächen — jede Mikroentladung ist eine eigene Quelle nichtthermischen Plasmas.

Historische Einordnung: Die Anordnung wurde bereits 1857 von Siemens zur Ozonerzeugung entwickelt. Das ist kein Nebendetail, sondern der Kern des Themas: Der Reaktor ist bauartverwandt mit einem Ozongenerator. Ozonbildung ist beim NTP kein Betriebsfehler, sondern eine systemimmanente Eigenschaft.

Das Regelwerk: VDI 2441

Die maßgebliche technische Regel ist VDI 2441 „Prozessgas- und Abgasreinigung durch Kaltplasmaverfahren — Barriere-, Koronaentladung, UV-Strahlung”. Sie enthält Hinweise für Planung, Bau und Betrieb nichtthermischer Plasmaanlagen zur Abgasreinigung.

Die Richtlinie grenzt das Anwendungsspektrum ausdrücklich ein: geruchsbeladene Abgase und solche mit niedriger konzentrierten, gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Diese Eingrenzung ist der wichtigste Satz zur Verfahrensauswahl — sie stammt nicht von einem Wettbewerber, sondern aus dem einschlägigen technischen Regelwerk.

Für die Abluftreinigung insgesamt bleiben daneben die Emissionsanforderungen der TA Luft maßgeblich; eigene Grenzwerte für Plasmaanlagen gibt es nicht.

Wo Plasma sinnvoll ist

• Geruchsminderung bei niedriger Beladung — Abwasseranlagen, Abfallumschlag, Lebensmittelverarbeitung, Gastronomieabluft
• Niedrig konzentrierte VOC, insbesondere in Verbindung mit Geruch
• Anlagen mit sehr begrenztem Platzangebot — die Bauform ist kompakt
• Diskontinuierlicher Betrieb — sekundenschnell zu- und abschaltbar, keine Aufheizphase
• Vorstufe zum Aufschluss schwer abbaubarer Verbindungen vor einer biologischen Stufe
• Kombination mit Katalyse (plasmakatalytische Verfahren), um Nebenprodukte gezielt weiter umzusetzen

Der Betriebskostenvorteil ist real: kein Brennstoff, kein Adsorbens, im Regelbetrieb keine Chemikalien. Der Energiebedarf beschränkt sich auf die Plasmaerzeugung und den Ventilator.

Wo Plasma an Grenzen stößt

Skalierung mit der Fracht. Der Energiebedarf steigt mit der zu oxidierenden Stoffmenge. Bei mittleren und hohen VOC-Konzentrationen ist die thermische Oxidation um Größenordnungen wirtschaftlicher — dort trägt sich die Reaktionswärme selbst, beim Plasma nicht. Siehe thermische Nachverbrennung.

Unvollständige Oxidation. Die Richtlinie spricht bewusst von Teil- oder Totaloxidation. In der Praxis überwiegt die Teiloxidation: Es entstehen Aldehyde, Ketone und organische Säuren, die messtechnisch weiterhin als Gesamtkohlenstoff auftreten und teilweise selbst geruchsintensiv sind.

Ozon als Nebenprodukt. Bauartbedingt unvermeidlich. Eine Restozon-Entfernung — thermisch, katalytisch oder über Aktivkohle — ist Bestandteil des Verfahrens, nicht Zubehör.

Stickoxide. Bei stickstoffhaltigem Rohgas können in der Entladung Stickoxide entstehen.

Kurzlebige Reaktionsprodukte. Bei Innenraumluftreinigern auf NTP-Basis wurden neu gebildete Luftschadstoffe nachgewiesen. Der österreichische Arbeitskreis Innenraumluft rät in seinem Positionspapier zu Luftreinigern von der Ionisationstechnologie („Kaltplasma”) ab, weil kurzlebige reizende chemische Nebenprodukte und Gerüche entstehen können und unbedenkliche Alternativen bestehen — mit dem Hinweis, dass ein Unbedenklichkeitsnachweis aufgrund der analytischen Nichterfassbarkeit extrem kurzlebiger Reaktionsprodukte theoretisch gar nicht möglich wäre.

Diese Kritik betrifft Innenraumluftreiniger, nicht gefasste Industrieabluft — der Unterschied ist wesentlich, weil Industrieabluft abgeleitet und messtechnisch überwacht wird, während Innenraumgeräte in den Atembereich emittieren. Der zugrunde liegende chemische Befund gilt aber in beiden Fällen: Es entstehen Produkte, die nicht vollständig erfasst werden können.

Feuchte und Staub. Beide beeinflussen Entladungsverhalten und Wirksamkeit; Staub führt zu Ablagerungen auf den Elektroden und dem Dielektrikum.

Als Orientierungsgröße für den zulässigen Ozoneintrag: Die VDI-Expertenempfehlung VDI-EE 4300 Blatt 14 (September 2021) nennt für mobile Luftreiniger einen Resteintrag von Ozon in die Raumluft von unter 10 µg/m³. Für Industrieanlagen ist das kein direkt anwendbarer Wert, aber ein nützlicher Maßstab dafür, in welcher Größenordnung Restozon als tolerierbar gilt.

Arbeitsschutz: die Ozonfrage

Weil Ozon systemimmanent entsteht, gilt dasselbe wie für dedizierte Ozonanlagen:

Für Ozon existiert in Deutschland derzeit kein Arbeitsplatzgrenzwert. Ozon ist in der TRGS 900 nicht aufgeführt; auch auf EU-Ebene besteht aktuell kein verbindlicher Wert. Nach TRGS 402 sind bei Stoffen ohne verbindlichen Grenzwert andere Beurteilungsmaßstäbe heranzuziehen. In der Praxis wird auf internationale Werte zurückgegriffen; als Orientierung wird ein Wert von 0,05 ppm (0,1 mg/m³) genannt.

Praktische Konsequenz: Die Gefährdungsbeurteilung nach § 5 Arbeitsschutzgesetz kann nicht durch bloßen Grenzwertvergleich erledigt werden — sie muss den Beurteilungsmaßstab begründet herleiten und dokumentieren. Hinzu kommen Ozonüberwachung im Aufstellungsraum, Verriegelung der Plasmaerzeugung bei Ausfall der Absaugung und ein Wirksamkeitsnachweis der Restozon-Entfernung.

Einordnung ins Immissionsschutzrecht

Für Plasmaanlagen enthält die TA Luft keine eigenen Emissionsbegrenzungen. Maßgeblich bleiben die für die Anlage insgesamt geltenden Anforderungen:

• Organische Stoffe nach Nummer 5.2.5 — teiloxidierte Zwischenprodukte zählen weiterhin zum Gesamtkohlenstoff
• Gasförmige anorganische Stoffe nach Nummer 5.2.4 — relevant bei NOₓ-Bildung
• Geruchsstoffe nach Nummer 5.2.8 und Anhang 7
• Karzinogene und reproduktionstoxische Stoffe nach Nummer 5.2.7, falls Zwischenprodukte einschlägig sind

Entscheidend für die Abnahme: Eine Geruchsminderung ist olfaktometrisch nach DIN EN 13725 nachzuweisen, nicht über eine Gesamtkohlenstoffmessung. Plasma verändert die Geruchsqualität teils erheblich, ohne den C-Gesamtwert entsprechend zu senken. Wer die falsche Messgröße vereinbart, misst am Ziel vorbei.

Zur Geruchsbewertung siehe Geruchsemissionen erkennen, bewerten und mindern, zur Grenzwertübersicht die TA Luft Grenzwerte.

Kombinationsschaltungen: warum Plasma selten allein steht

In der Praxis wird nichtthermisches Plasma überwiegend als Stufe innerhalb einer Kette eingesetzt, nicht als Einzelverfahren. Der Grund liegt in seinem Kennlinienverhalten: Plasma arbeitet dort wirtschaftlich, wo Konzentrationen niedrig und Volumenströme moderat sind — also genau im Bereich, in dem thermische Verfahren Stützfeuerung brauchen. Bei steigender Fracht kehrt sich das Verhältnis um, weil der Energiebedarf mit der zu oxidierenden Menge wächst.

Für alle Varianten gilt dieselbe Auslegungsfrage: Was passiert mit dem gebildeten Ozon? Die Ozonbildung ist bei der dielektrisch behinderten Entladung systemimmanent und keine Fehlfunktion. Sie muss deshalb konstruktiv beantwortet werden — durch eine ausreichend dimensionierte Nachreaktionsstrecke, durch einen ozonzersetzenden Katalysator oder durch eine nachgeschaltete Stufe, die das Ozon nutzt oder abbaut. Wer diesen Punkt in der Ausschreibung offen lässt, kauft ein Arbeitsschutzproblem mit.

Betriebspraxis: Verschmutzung, Feuchte, Nachweis

Die Leistung einer Plasmastufe hängt an der Elektroden- und Dielektrikumsoberfläche. Ablagerungen aus Staub, Aerosolen oder Polymerisationsprodukten verändern das Entladungsverhalten und senken die Wirksamkeit schleichend — anders als ein verstopfter Filter kündigt sich das nicht durch steigenden Druckverlust an. Eine Plasmastufe kann also über Monate scheinbar unauffällig laufen und dabei deutlich an Wirkung verlieren.

Daraus folgen drei Anforderungen an den Betrieb. Erstens eine wirksame Vorbehandlung: Staub- und Tropfenabscheidung gehören vor die Plasmastufe, nicht dahinter. Zweitens ein definiertes Reinigungsintervall für Elektroden und Dielektrikum, das im Wartungsplan steht und nicht erst bei auffälligen Messwerten stattfindet. Drittens eine Kontrollgröße, die den Zustand sichtbar macht — in der Regel die elektrische Leistungsaufnahme im Verhältnis zur behandelten Fracht.

Für die Ausschreibung heißt das: Ein Angebot sollte nicht nur einen Abscheidegrad im Auslegungspunkt nennen, sondern auch die spezifische Energieeinbringung je behandeltem Kubikmeter, den erwarteten Rest-Ozongehalt im Reingas und das Wartungsintervall der Entladungsstrecke. Ohne diese drei Angaben lassen sich Plasmaangebote weder untereinander noch gegen konkurrierende Verfahren vergleichen.

Beim Wirksamkeitsnachweis ist die Messgröße entscheidend. Eine reine Gesamtkohlenstoffbestimmung greift bei geruchsorientierten Anwendungen zu kurz, weil Plasma die Geruchsqualität verändern kann, ohne den C-Gesamtwert im gleichen Maß zu senken. Für Geruchsanwendungen ist die olfaktometrische Messung nach DIN EN 13725 vor und nach der Anlage der belastbare Nachweis — sinnvollerweise vertraglich als Abnahmekriterium vereinbart.

Auslegung und Ausschreibung

Vor der Anfrage zu erheben:

• Volumenstrom, Temperatur, relative Feuchte, Staubfracht
• Geruchsstoffkonzentration in GE/m³ nach DIN EN 13725 — gemessen, nicht geschätzt
• Stoffliste mit Schwerpunkt auf Stickstoff-, Schwefel- und Halogenverbindungen
• Zielwert: Geruchsminderungsgrad oder Immissionsziel nach Anhang 7 TA Luft

In der Ausschreibung zu spezifizieren:

• spezifischer Energieeintrag (Wh/m³) und Regelkonzept bei Lastschwankungen
• Restozonkonzentration im Reingas mit Nachweisverfahren
• Restozon-Entfernung: Wirkprinzip, Auslegung, Wirksamkeitsnachweis
• Betrachtung möglicher Nebenprodukte, insbesondere Aldehyde und NOₓ
• Reinigungs- und Wartungskonzept für Elektroden und Dielektrikum
• Abnahmeverfahren: Olfaktometrie nach DIN EN 13725
• Ozonüberwachung und Verriegelungskonzept

Typische Fehler:

• Abnahme über Gesamtkohlenstoff statt Olfaktometrie
• Restozon-Entfernung nicht spezifiziert oder unterdimensioniert
• Auslegung auf Basis geschätzter statt gemessener Geruchsstoffkonzentration
• Nebenprodukte nicht in der Emissionsbetrachtung berücksichtigt
• Einsatz bei zu hoher Fracht — dann steigt der Energiebedarf ins Unwirtschaftliche
• Wartung von Elektroden und Dielektrikum nicht eingeplant

Plasma und UV im Vergleich: Auf den 4. Heidelberger/Speyerer Ablufttagen 2026 (17.–18. September 2026, Speyer) werden nichtthermische Plasmaverfahren mit anderen Techniken der Abluftreinigung verglichen.

Weiterführende Beiträge

• Biologische Abluftreinigung: Biofilter und Biowäscher
• TNV-Anlage: thermische Nachverbrennung
• Geruch auf Kläranlagen: Ursachen und Lösungen

Quellen

• VDI 2441, Prozessgas- und Abgasreinigung durch Kaltplasmaverfahren — Barriere-, Koronaentladung, UV-Strahlung
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Oxidation von organischen Luftschadstoffen im „kalten” Plasma
• Nichtthermisches Plasma — Grundlagen, dielektrisch behinderte Entladung, Streamer, Nebenprodukte
• Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Nichtthermische Plasma- und Bioplasmaverfahren zur Abluftreinigung
• VDI, Anforderungen an mobile Luftreiniger — VDI-EE 4300 Blatt 14, Ozon-Resteintrag unter 10 µg/m³
• TRGS 900, Arbeitsplatzgrenzwerte (BAuA)
• KomNet NRW, An welche Grenzwerte soll man sich beim Thema Ozon halten? (TRGS 402)
• TA Luft 2021, Nummern 5.2.4, 5.2.5, 5.2.7, 5.2.8 und Anhang 7
• DIN EN 13725:2022, Bestimmung der Geruchsstoffkonzentration durch dynamische Olfaktometrie