Projekt Paperlight: Atmosphärisches Kaltplasma zur Trennung schimmelinduzierter Verblockungen an historischen Papieren.
Neue Ansätze für den Erhalt unseres schriftlichen Kulturerbes.
Historische Bücher, Handschriften, Urkunden und Archivbestände sind ein wesentlicher Bestandteil unseres kulturellen Erbes. Viele dieser einzigartigen Dokumente sind jedoch durch Feuchtigkeitsschäden, Überflutungen oder ungeeignete Lagerbedingungen mikrobiell belastet. Besonders problematisch ist dabei Schimmelbefall: Er beeinträchtigt nicht nur die Lesbarkeit und Nutzbarkeit historischer Dokumente, sondern kann langfristig deren Substanz zerstören. Das Forschungsprojekt PAPERLIGHT widmet sich daher einer zentralen Fragestellung der modernen Restaurierungswissenschaft: Kann atmosphärisches Kaltplasma dazu beitragen, schimmelbedingte Verblockungen historischer Papierdokumente schonend zu lösen?
Das Projekt wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert und gemeinsam von der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen (HAWK), der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sowie der relyon plasma GmbH durchgeführt (Projektnummer: 40965/01).
Wenn Papierseiten miteinander verwachsen
Schimmelpilze schädigen Papier auf unterschiedliche Weise. Neben Verfärbungen und Fleckenbildung produzieren sie Enzyme, die Bestandteile des Papiers abbauen. Gleichzeitig wächst das Pilzmyzel tief in die Papierstruktur hinein. Insbesondere nach Wasserschäden oder längerer Feuchteeinwirkung können dadurch feste Verbindungen zwischen einzelnen Papierseiten entstehen.
Diese sogenannten Verblockungen gehören zu den schwierigsten Schadensbildern in Archiven und Bibliotheken. Die betroffenen Seiten lassen sich häufig nicht mehr voneinander trennen, ohne dabei die ohnehin geschwächte Papierstruktur zu beschädigen. Restauratorinnen und Restauratoren stehen daher vor der Herausforderung, die Verblockungen zu lösen, ohne zusätzliche Schäden am Kulturgut zu verursachen.
Die Bedeutung dieser Problematik nimmt weiter zu. Extremwetterereignisse, Hochwasser und klimatische Veränderungen erhöhen das Risiko von Feuchtigkeits- und Schimmelschäden in Archiven, Bibliotheken und Sammlungen. Gleichzeitig besteht ein wachsender Bedarf an nachhaltigen und materialschonenden Restaurierungsmethoden.
Grenzen etablierter Behandlungsverfahren
Für die Behandlung mikrobiell geschädigter Dokumente stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Mechanische Reinigungsmethoden können bei stark geschädigten Papieren schnell an ihre Grenzen stoßen. Auch chemische oder wässrige Verfahren sind nicht immer geeignet, da sie beispielsweise Tinten beeinflussen oder weitere Veränderungen am Material hervorrufen können.
Etablierte Dekontaminationsmethoden wie Ozonbehandlungen, Biozide oder Gammabestrahlung sind ebenfalls mit Einschränkungen verbunden. Neben möglichen Auswirkungen auf das Material spielen Umwelt- und Arbeitsschutzaspekte eine wichtige Rolle. Insbesondere bei der Gammabestrahlung müssen die betroffenen Objekte in der Regel zu spezialisierten Anlagen transportiert werden. Atmosphärische Kaltplasmasysteme könnten demgegenüber zukünftig direkt vor Ort in Archiven, Bibliotheken oder Restaurierungswerkstätten eingesetzt werden.
Ein neuer Ansatz zur Lösung schimmelbedingter Verblockungen
Während bisherige Forschungsarbeiten häufig die antimikrobielle Wirkung von Plasma untersucht haben, verfolgt PAPERLIGHT einen erweiterten Ansatz. Im Mittelpunkt steht nicht ausschließlich die Abtötung von Mikroorganismen, sondern die gezielte Trennung schimmelbedingt miteinander verbundener Papierseiten.
Hierzu werden Plasmajets eingesetzt, die das Plasma lokal und präzise auf die betroffenen Bereiche lenken. Der gewünschte Effekt entsteht durch das Zusammenspiel verschiedener Plasmakomponenten und physikalisch-chemischer Prozesse. Reaktive Spezies können biologische Rückstände angreifen, während gleichzeitig lokale Oberflächenmodifikationen und Ablationsprozesse stattfinden.
Durch die gezielte Behandlung soll es möglich werden, die durch Schimmel entstandenen Verbindungen zwischen den Papierseiten zu lösen und dabei die historische Substanz bestmöglich zu erhalten.
Wissenschaftliche Grundlagen und erste Erkenntnisse
Eine wichtige Grundlage des Projekts bildet die wissenschaftliche Studie Cleaning books with light? Plasma treatment on mould infested paper (Nithack & Messal, 2026). In dieser Untersuchung wurde der Einfluss verschiedener atmosphärischer Plasmaverfahren auf schimmelbefallenes Papier analysiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass Plasmabehandlungen Schimmelbestandteile sichtbar von Papieroberflächen entfernen können. Gleichzeitig wurde untersucht, wie unterschiedliche Plasmaarten sowie Ozon- und UV-C-Behandlungen auf die Papierstruktur wirken. Die Studie zeigte, dass Plasma eine effektivere Entfernung von Schimmel ermöglichen kann als reine Ozon- oder UV-C-Behandlungen. Gleichzeitig wurde deutlich, dass die Auswirkungen auf die Papierfasern sorgfältig untersucht und geeignete Behandlungsparameter definiert werden müssen.
Diese Erkenntnisse bilden die wissenschaftliche Grundlage für die weiterführenden Untersuchungen im Projekt PAPERLIGHT. Die im Projekt durchgeführten Untersuchungen knüpfen dabei unter anderem an die Forschungsarbeiten von Friederike Johanna Nithack und Prof. Dr. Constanze Messal zur Plasma-Behandlung schimmelbefallener Papiere an und entwickeln diese im Hinblick auf die Trennung schimmelinduzierter Verblockungen historischer Dokumente gezielt weiter.
Die Rolle der Projektpartner
Die wissenschaftliche Koordination des Projekts liegt bei der HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst. Dort werden restaurierungswissenschaftliche, mikrobiologische und materialkundliche Fragestellungen zusammengeführt.
Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel untersucht die physikalischen und chemischen Eigenschaften der eingesetzten Plasmaquellen. Im Fokus steht die Charakterisierung der im Plasma erzeugten reaktiven Spezies, beispielsweise Sauerstoff- und Stickstoffspezies, sowie deren Wechselwirkung mit Schimmelbestandteilen und Papierfasern. Ziel ist es, diejenigen Plasmakomponenten und Wirkmechanismen zu identifizieren, die zur Lösung schimmelinduzierter Verblockungen beitragen und gleichzeitig die Belastung des historischen Papiers minimieren.
Die relyon plasma GmbH bringt ihre langjährige Erfahrung in der Entwicklung atmosphärischer Plasmasysteme in das Forschungsprojekt ein. Zum Einsatz kommen unter anderem die Systeme PiezoBrush PZ3 und PiezoBrush PZ3-i, die durch unterschiedliche Module und Prozessgasvarianten flexibel an verschiedene Forschungsaufgaben angepasst werden können. Darüber hinaus untersucht relyon plasma die technische Umsetzbarkeit zukünftiger Geräte- und Anwendungskonzepte für restauratorische Einsatzgebiete.
Von der Machbarkeitsstudie zur praktischen Anwendung
Das Projekt verfolgt das Ziel, die technischen und wissenschaftlichen Voraussetzungen für eine zukünftige restauratorische Anwendung von Kaltplasma zu schaffen. Dazu werden geeignete Plasmaquellen, Prozessgase und Behandlungsparameter untersucht. Ergänzend kommen moderne Analyseverfahren zum Einsatz, um Veränderungen an Papier, Schimmelstrukturen und Oberflächen detailliert zu bewerten.
Langfristig könnte daraus ein spezialisiertes Werkzeug entstehen, das Restauratorinnen und Restauratoren bei der Behandlung stark geschädigter historischer Dokumente unterstützt. Die Technologie hätte das Potenzial, den Einsatz chemischer Hilfsmittel zu reduzieren und neue Möglichkeiten beim Erhalt schimmelgeschädigter Kulturgüter zu eröffnen.
Bedeutung für den Kulturguterhalt
Sollte sich der Ansatz als erfolgreich erweisen, könnte PAPERLIGHT einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung historischer Papierbestände leisten. Das Projekt verbindet restauratorische Anforderungen mit moderner Plasmatechnologie und untersucht einen bislang wenig erforschten Anwendungsbereich des atmosphärischen Kaltplasmas.
Die gewonnenen Erkenntnisse könnten künftig nicht nur für historische Bücher und Archivalien relevant sein. Auch andere empfindliche Kulturgüter, die von mikrobiellen Schäden betroffen sind, könnten von den entwickelten Methoden profitieren.
Damit leistet PAPERLIGHT einen Beitrag zur Entwicklung innovativer, nachhaltiger Technologien für den Schutz unseres kulturellen Erbes.
Weiterführende Informationen
Projektförderung
- Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Projekt PAPERLIGHT (Förderkennzeichen 40965/01)
Methodenentwicklung zur Anwendung von atmosphärischem Kaltplasma bei der Trennung von schimmelinduzi…[dbu.de]
Projektpartner
- HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen
https://www.hawk.de - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Experimentalphysik
https://www.physik.uni-kiel.de - relyon plasma GmbH
https://www.relyon-plasma.com
Wissenschaftliche Veröffentlichung
- Nithack, F. J., & Messal, C. (2026). Cleaning books with light? Plasma treatment on mould infested paper. Conservar Património. https://doi.org/10.14568/cp39266
