Was passiert wirklich, wenn der CO2-Gehalt unter einer Stoffmaske gemessen wird? Ein Experiment

„Reizstoff“ steht in großen schwarzen Buchstaben auf der Stoffmaske einer blonden Frau. Sie hält ein Messgerät vor sich, das einen Zahlenwert anzeigt, der den CO2-Gehalt in der Luft bemisst: 431 PPM (parts per million). Dann schiebt sich die Frau den Sensor des Messgeräts direkt unter den Mund-Nasen-Schutz und atmet ein und aus.

Der Zahlenwert beginnt zu steigen. Als das Gerät bei fast 2.000 PPM angelangt, fängt es an zu piepsen. Der Wert steigt weiter, bis das Gerät sich beim Messbereichsendwert von 10.000 PPM ausschaltet. „Ob das gesund ist, sei dahingestellt“ kommentiert eine Männerstimme aus dem Off. Dann ist die Aufnahme beendet. 

Was dadurch im Kopf der Zuschauer des tausendfach auf Facebook geteilten Videos hängen bleibt: Unter der Maske erhöhe sich der CO2-Gehalt immens. Diese hohe Konzentration atme man dann ein und das sei ungesund. Eine CORRECTIV-Recherche mit Hilfe von Experimenten beim Umweltbundesamt in Berlin zeigt jedoch, dass diese Annahmen falsch sind. Solche Tests ergeben keinen Sinn – diese CO2-Geräte sind für eine solche Messung gar nicht vorgesehen.

Zahlreiche Falschbehauptungen zum Mund-Nasen-Schutz im Umlauf 

Seit der Einführung der Maskenpflicht kursieren zahlreiche Falschbehauptungen in Sozialen Netzwerken, demnach das Tragen eines Mund-Nasen-Schutzes verschiedenste Gesundheitsgefahren berge. CORRECTIV veröffentlicht dazu seit Monaten Faktenchecks. 

Immer wieder taucht die Behauptung auf, Masketragen sei gefährlich, da man dadurch zu viel CO2 einatme und der Körper übersäure. Als angeblichen Beleg führen Menschen Selbstversuche mit sogenannten CO2-Messgeräten durch. Auch dazu haben wir bereits im August einen Faktencheck veröffentlicht. „Den CO2-Gehalt in der Luft zu messen, unter einer Maske, ist als Einzelversuch Unsinn“, erklärte uns damals Peter Wagler, Pressesprecher der Deutschen Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH), telefonisch. „An den Seiten ist die Maske ja undicht.“ Damit atme man nicht nur die Luft ein, die ausgeatmet werde.  

Doch was passiert dann, wenn die Geräte in den Selbstversuchen unter die Maske gehalten werden, und warum piepsen sie? Wir wollten es genauer wissen. Deshalb trafen wir uns Mitte September mit zwei Experten des Umweltbundesamts in Berlin. Sie zeigten uns, wie so ein CO2-Messgerät funktioniert, warum der Wert unter einem Mund-Nasen-Schutz so rasant steigt und was das über mögliche Gesundheitsgefahren aussagt. 

Wofür genau ist so ein CO2-Messgerät vorgesehen? 

Robert Bethke ist Chemiker und Wissenschaftler im Umweltbundesamt im Fachgebiet für Innenraumlufthygiene. Wolfgang Straff ist Arzt und leitet das Fachgebiet Umweltmedizin und gesundheitliche Bewertung im Umweltbundesamt. „Die CO2-Messgeräte sind in der Regel dafür gedacht, sie an der Wand anzubringen oder im Raum aufzustellen, um damit die CO2-Konzentration in Innenräumen zu messen“, erklärt Bethke. 

Bei 1.000 PPM piepsen viele der Geräte, das sei allerdings hygienisch und nicht toxikologisch begründet, erklärt Chemiker Bethke: „In dem Fall gilt die Empfehlung, zu lüften. Denn wenn sich CO2 durch die Anwesenheit und Aktivität von Menschen in einem Raum angereichert hat, könnten auch andere Schadstoffe zugegen sein. Das ist allerdings ein Leit- und kein Grenzwert.“

Das schreibt beispielsweise auch ein Hersteller solcher Geräte namens PCE Instruments auf seiner Webseite: Ist die CO2-Konzentration zu hoch, was sich „auf die Gesundheit, die Konzentration und das Wohlbefinden“ auswirken könne, geben die Messgeräte ein Warnsignal ab. 

Zum Vergleich: Laut Umweltbundesamt liegt der normale CO2-Gehalt der Außenluft in ländlichen Gebieten bei 350 PPM, in kleinen Städten bei 375 PPM und in Stadtzentren bei 400 PPM.

Ist es sinnvoll, die CO2-Konzentration unter einem Mund-Nasen-Schutz mit solchen Geräten zu messen? 

„Aus meiner Sicht ergibt das relativ wenig Sinn,“ sagt Bethke. Das Volumen unter einem Mund-Nasen-Schutz sei dafür viel zu gering. „Die in den Messgeräten verbauten CO2-Sensoren haben eine gewisse Trägheit. Sie sind nicht dafür gedacht, auf schnelle Konzentrationsänderungen, die sich in so einem kleinen Raum wie unter einem Mundschutz ergeben, korrekt anzuspringen.“

Die Trägheit der Messgeräte sorge auch dafür, dass diese nicht so schnell reagieren könnten, wie unsere Atmung den Luftraum unter der Maske austausche, ergänzt Wolfgang Straff. „Deswegen sieht es für Messende so aus, als ob die Konzentration immer weiter ansteige, bis die 10.000 PPM erreicht sind, beziehungsweise das Gerät piept“, erläutert er. Anders ausgedrückt, erklärt Bethke, könne man auch sagen, dass unsere Atemfrequenz so schnell ist, dass der Sensor nicht nachkommt.

Das liegt auch an der Menge CO2, die wir mit einem Atemzug ausatmen – nämlich rund 40.000 PPM. „Die Messgeräte geraten dabei an ihre Grenzen. Die Geräte, die in den Videos zu sehen sind, steigen beispielsweise bei 10.000 PPM aus und sind überladen“, sagt Bethke. 

Experimente zeigen: Das Gerät ist genauso schnell übersättigt, wenn man ohne Maske darauf atmet

Mit mehreren Experimenten zeigen Bethke und Straff, dass es keinen Unterschied macht, ob der Sensor eines CO2-Messgeräts unter einer Maske oder direkt ohne Maske angeatmet wird. 

Beim ersten Versuch atmet Bethke das CO2-Raum-Messgerät ohne Maske direkt am Sensor an – innerhalb weniger Sekunden steigt der PPM-Wert auf über 10.000. Und auch als Bethke längst wieder vom Sensor weg ist, steigt der Wert weiter. Dazu Bethke: „Die Luft um den Sensor herum sollte eigentlich schon der normalen Raumluft entsprechen.“ Erst nach einigen Sekunden fängt der Wert langsam wieder an zu sinken. „Bereits mit einer Ausatmung ist der Sensor komplett überladen.“ 

Auch als Bethke eine Stoffmaske aufsetzt, den Sensor außen davor hält und durch die Maske darauf atmet, steigt der CO2-Wert des Messgeräts sofort rasant an. Das zeigt, dass CO2 aus der Maske nach außen dringt. 

Bethke wiederholt den Versuch mit einem kleinen Sensor, der über USB an ein Laptop angeschlossen wird, ein sogenannter mobiler CO2-Sensor. Er schiebt den Sensor zunächst unter seine Maske und atmet: Der Wert steigt sprunghaft an.

Nach einigen Sekunden zieht der Innenraumluftexperte den Sensor aus der Maske und legt ihn auf den Tisch. Nur langsam fängt der CO2-Wert an zu sinken. 

Als der Wert wieder auf Raum-Wert gesunken ist, wiederholt Bethke den Versuch. Dieses Mal atmet er den USB-Sensor ohne Maske an. Innerhalb weniger Sekunden wird erneut ein sehr hoher PPM-Wert erreicht. 

„Der Effekt ist genau derselbe gewesen, ob der Sensor unter der Maske war oder einfach nur so vor das Gesicht gehalten wird“, fasst Bethke zusammen. 

Wie genau funktioniert das mit der Atmung und dem CO2? 

„Einen gewissen Anteil der Luft atmen wir immer hin und her. Das liegt daran, dass unsere Atemwege Teile beinhalten, die überhaupt nicht mit dem Gasaustausch in der Lunge in Verbindung stehen“, sagt Straff. Die Luft müsse erst durch den Mund- und Nasenrachenraum in die Luftröhre und die Hauptbronchien, die Segmentbronchien und die kleinen Bronchien hinunter, bis sie dann in den sogenannten Alveolen, den Lungenbläschen, auftauche. 

In den Alveolen findet dann der Gasaustausch von Sauerstoff und Kohlendioxid statt. „Dieses Volumen macht bei Erwachsenen insgesamt bereits 150 bis 200 Milliliter aus. Und dieser Raum ist immer auch mit CO2-haltiger Luft, die abgeatmet wird, gefüllt“, sagt Straff. Der Mund- und Nasenrachenraum werde durch die Maske zwar erweitert, aber das seien lediglich fünf bis zehn zusätzliche Milliliter Luft.

Was passiert beim Tragen einer Maske mit dem CO2, das man ausatmet? 

„Der Stoff ist so durchlässig, dass das CO2 einfach entweicht“, erklärt Bethke. Straff ergänzt: „Wo soll es auch hin? Würde das CO2 nicht entweichen, würde sich die Maske aufblasen. Das CO2 muss raus.“ Durch unser Ein- und Ausatmen – auch mit Maske – wird frische Luft von außen angesogen. „Und dort ist kein CO2 angereichert“, sagt Bethke.

Anders erklärt: Wir atmen mit einem Zug etwa 500 Milliliter Luft aus. Der Raum unter der Maske ist aber nur wenige Milliliter groß. „Hier können sich gar keine großen Mengen CO2 ansammeln. Die CO2-haltige Luft muss folglich die Maske durchtreten und verteilt sich dann im Raum, beziehungsweise der Umgebung“, erklärt Straff. Dasselbe gilt anders herum: „Wenn wir einatmen, müssen wir dieselbe Menge aufnehmen. Viel mehr Luft als die fünf Milliliter unter der Maske. Die werden durch den Stoff der Maske und an den Seiten eingesaugt.“

Anders sei es auch gar nicht denkbar, erklärt Straff: „Könnte man unter der Maske nicht richtig atmen, würden wir sofort beim ersten Atemzug Erstickungsängste bekommen.“

Woran liegt es, wenn man dennoch das Gefühl hat, beim Tragen einer Stoffmaske schwerer zu atmen? 

„Natürlich stellen die Masken eine gewisse Barriere dar, die wir spüren. Die erhöht auch den Atemwegswiderstand. Während das mit CO2 nichts zu tun hat, behindert es schon die leichte Ansaugung von Luft durch unsere Atemmuskulatur und unsere Rippenmuskeln und unser Zwerchfell müssen etwas mehr arbeiten, um die Luft durch die Maske anzusaugen“, erklärt Straff. 

Das könne für vorerkrankte Menschen ein Problem sein. Deshalb seien Masken auch nicht für jede Situation sinnvoll.

Bei welcher Konzentration wird CO2 für den Mensch gefährlich? 

„Das, was wir ausatmen, ist nicht toxisch. Es enthält wie gesagt um die 40.000 PPM CO2 – je nach Aktivität. Aber auch davon würden wir nicht ersticken“, erläutert der umweltmedizinische Experte Straff. Eine richtig toxische Menge CO2, bei der die Wirkung narkotisch (betäubend) werde und es möglich sei zu sterben, setze bei 80.000 PPM ein.

„Aber auch sehr hohe CO2-Konzentrationen im Ausatembereich würden uns nicht direkt umbringen, weil sonst könnte auch eine Mund zu Mund oder Nase-Beatmung bei Menschen, die Herz-Kreislauf-Schwierigkeiten haben, gar nicht funktionieren.“ 

Ein anderes Beispiel: Wenn man den Kopf unter die Bettdecke steckt, dann stirbt man auch nicht. Denn der Luftaustausch, der durch die Bettdecke noch da ist, reiche aus für den Körper, sagt Straff. Man könne folglich eine lange Zeit sehr viel CO2 tolerieren. „Wenn es kritisch werden würde, dann meldet das Atemzentrum im Hirnstamm, dass der Kohlendioxidgehalt im Blut zu hoch ist und die Atemfrequenz und -tiefe würde gesteigert, oder man würde aufwachen.“

Dazu sei das Atemzentrum in der Lage, wenn die Konzentration nicht plötzlich toxisch ist. Das gelte aber natürlich nicht, wenn eine plötzliche narkotische Kohlendioxidkonzentration auftreten würde, wie beispielsweise wenn man einen Raum betritt, wie einen Weinkeller, der mit CO2 geflutet ist, erklärt Straff: „Dann wirkt CO2 plötzlich narkotisch und das könnte tödlich sein.“

Ist es möglich durch das Tragen eines Mund-Nasen-Schutzes zu ersticken? 

„Eigentlich gibt es ein solches Szenario nicht. Die einzige Möglichkeit wäre, dass die Maske aus Plastik und somit aus einem luftundurchlässigen Material wäre und die Maske rundherum angeklebt würde, sodass auch von der Seite keine Luft reinkommt“, sagt Straff. Mit einer Stoffmaske sei dies aber nicht möglich. 

Fazit: 

Die Experimente zeigen: Ein Mund-Nasen-Schutz sorgt nicht dafür, dass wir mehr CO2 ein- oder ausatmen als üblich. Das CO2 entweicht durch den luftdurchlässigen Stoff, aber auch durch die Ränder der Maske. 

Die in Sozialen Netzwerken gezeigten CO2-Messgeräte sind dafür gedacht, die Konzentration in Innenräumen zu messen. Sie sollen anzeigen, wenn es „stickig“ wird und an der Zeit wäre, zu lüften. Wenn sie ab 1.000 PPM ein Warngeräusch von sich geben, heißt das nicht, dass eine für den Menschen gefährliche CO2-Konzentration erreicht ist. 

Die Sensoren übersättigen schnell und sind zudem träge, sodass sie gar nicht in Echtzeit auf die Atemfrequenz eines Menschen reagieren können. Die Übersättigung geschieht unabhängig davon, ob man sie mit oder ohne oder unter einer Maske anatmet. Die Geräte sind deshalb nicht geeignet, den CO2-Gehalt unter einer Maske zu messen. Sie beweisen nicht, dass dort eine gesundheitsgefährdende Konzentration von CO2 vorhanden wäre. 

Kurz: Tests wie sie in den Selbstversuch-Videos in Sozialen Netzwerken zu sehen sind, sind aus wissenschaftlicher Sicht nicht sinnvoll, um eine angebliche Gesundheitsgefahr durch Masken nachzuweisen. 

Recherche-Mitarbeit: Kathrin Wesolowski

Redigatur: Till Eckert, Alice Echtermann

Update 1. Oktober 2020: Wir haben einen Absatz ergänzt, um den Unterschied zu einer plötzlich toxischen CO2-Konzentration zu verdeutlichen.