Udržitelnost v čistých prostorách

Energetická účinnost v čisté místnosti je jedním ze tří hlavních témat na mezinárodním veletrhu Cleanzone. (Zdroj: Messe Frankfurt Exhibition/Sandra Gätke) / Energetická účinnost v čisté místnosti je jedním ze tří hlavních témat na mezinárodním veletrhu Cleanzone. (Zdroj: Messe Frankfurt Exhibition/Sandra Gätke)

V čistých prostorách v oblasti farmacie, biotechnologií a věd o živé přírodě je dodržování příslušných předpisů na prvním místě. Nicméně často existují potenciály pro úsporu energie a snížení emisí oxidu uhličitého, což by za současných krizových podmínek mohlo být pro některé podniky dokonce životně důležité. Mezinárodní odborný veletrh Cleanzone ukáže 23. a 24. listopadu 2022 ve Frankfurtu nad Mohanem, jak lze dosáhnout zlepšení efektivity a snížení uhlíkové stopy při současném dodržování předpisů státních orgánů a dalších odborných požadavků.

Konflikt na Ukrajině, napětí na Blízkém a Dálném východě, ekonomické embarga – to vše přispívá ke zdražení a nedostatku energie. To postihuje především mnoho podniků a provozovatelů čistých prostor. Vzduchová výměna a temperování totiž spotřebovávají velké množství energie. Proto nyní stoupají požadavky na specialisty na čisté prostory: Kde jsou možnosti úspor?

Momentální požadavek: investice do technické infrastruktury čistých prostor

Tato otázka přirozeně vyvolává neklid zejména v citlivých oblastech farmacie a biověd, protože zde je na prvním místě ochrana práce a bezpečnost procesů. Ale v celém průmyslu se v posledních letech nejen zvýšil zájem o úspory energie a snižování uhlíkové stopy, ale také ochota k investicím. Optimalizační opatření v této oblasti dnes již nemusí čelit zásadním obavám nebo otázkám rentability. Naopak: i nekonvenční návrhy od specialistů na čisté prostory jsou vítány. Průmysl chytře investuje do technické infrastruktury a již neočekává, že dosaženou návratnost investic (ROI) dosáhne za něco málo přes rok. Častěji se počítá s dobou až tří a půl roku.

A kde leží největší potenciály úspor v oblasti „farmacie a biovědy“? Hlavní poznatky lze shrnout takto: 90 procent všech čistých prostor je větráno turbulentním způsobem a téměř vždy je míra výměny vzduchu nadměrná. Příklad to může ilustrovat:

Snížení výměny vzduchu v sterilní výrobě

Ve sterilní výrobě léčivého přípravku je vzduch pro plochu 7600 metrů čtverečních větrán turbulentní ventilací, přičemž je vzduch složitě filtrován, ohříván, chladit, zvlhčován a odvlhčován. Zejména v jednom z čistých prostorů je provozován horkovzdušný sterilizační tunel. Velká část regulace je zajištěna několika HVAC systémy (topení, ventilace, klimatizace). Hlavní otázkou při úvahách o snižování energie je: Není možné objem vzduchu vyměňovaného v prostoru za hodinu snížit, aniž by se ohrozil předpisový provoz?

Pro určení potenciálu úspor nejprve experti na čisté prostory porovnají aktuální míru výměny vzduchu s požadovanou mírou pro sterilní výrobu. Zohlední přitom i instalace. Přestože je plocha čistého prostoru stanovena na 7600 m², může být objem prostoru snížen například o 1,6 m² díky uzavřené skříni o rozměrech 1 m x 80 cm x 2 m. Tím pádem může být i množství přiváděného vzduchu sníženo. Zohledňují se také zařízení s recirkulací vzduchu s filtry zachycujícími částice a oblasti s turbulentními proudy s nízkou turbulencí (TAV) – zkrátka všechna zařízení, která přetékají vzduch do čistého prostoru. Pozor: tato zařízení sama nesnižují svůj výkon. Ale míra, jakou přispívají ke výměně vzduchu, je započítána do celkové míry výměny vzduchu v prostoru. Dosud byla stanovena pouze potenciální úspora. V konkrétním případě se jedná o možnou úsporu přívodu vzduchu v třídě D o přibližně 104 000 kubických metrů za hodinu – téměř třetinu (31 %). Při odhadování možných nákladových úspor je třeba vždy vzít v úvahu: snížení výměny vzduchu znamená také možnost snížit přívod venkovního vzduchu. To přináší další úspory na tepelnou energii pro vytápění, chlazení, zvlhčování a odvlhčování. V uvedeném příkladu je možné teoreticky snížit objemový průtok přívodu vzduchu u všech zvažovaných HVAC systémů o 99 800 m³ za hodinu. Nejprve to realizoval provozovatel u dvou HVAC systémů změnou jejich nastavení. Výsledkem je úspora energie o 24 % (HVAC č. 1) a 31 % (HVAC č. 2), snížení nákladů na energii o 60 000 eur ročně a snížení emisí CO₂ o 24 tun ročně. Obecně platí i pro stávající čisté prostory: tam, kde jsou používány systémy s 100% venkovním vzduchem, je často možné je přeměnit na systémy s recirkulací. Samozřejmě je třeba případná rizika, například křížové kontaminace, řešit jinými způsoby než doposud. Každá změna stávající techniky v čistých prostorách musí být posouzena z hlediska dopadu na klíčové parametry GMP. Je třeba zvážit rizika a výhody, a k tomu potřebuje provozovatel odborníky na čisté prostory.

Kromě větrací techniky je často příčinou nadměrné spotřeby energie také řízení vlhkosti. Správná protikampaň: místo toho, abychom se primárně soustředili na čistý prostor a jeho specifikace, měli bychom se ptát, jaké jsou klíčové podmínky pro kvalitu produktu (například pro farmaceutickou účinnou látku). Protože produkt může mít větší toleranci vůči vlhkosti, než naznačovaly původní normy a doporučení pro čisté prostory. To otevírá nové možnosti pro snižování energetické náročnosti. Obecně je vždy další možností úspory energie využití rekuperace tepla.

Správné plánování od začátku

Tak lze stávající čisté prostory optimalizovat z hlediska velikosti, energie a nákladů. Přirozeně se nabízí otázka: proč nezačít správným návrhem již od začátku?

Nedávno dostupné nástroje se rozšířily. Jedním z nich je BIM, Building Information Modeling. Tento systém spojuje všechny obory již ve fázi plánování digitálně, například v cloudu. Intenzivnější komunikace všech zúčastněných se promítne do rychlejšího dokončení, do efektivnějšího provozu od začátku a do dalších úspor v správě zařízení po celou dobu provozu. Pomocí „digitálního dvojčete“ zařízení v plánovací fázi lze později snadno a levně realizovat i změny využití nebo jiné úpravy. Doporučení Německého svazu inženýrů pro čisté prostory (VDI 2552) zajišťují otevřený standard pro projekty s BIM – otevřený přístup, dostatečně standardizovaný pro spolehlivé výsledky. Navíc platí motto „Nejlepší čistý prostor je ten, který vůbec nepotřebuji“: vždy je třeba nejprve zvážit, zda větší stroje a zařízení vůbec patří do farmaceutického nebo biotechnologického čistého prostoru. Často je totiž lepší přesunout klíčové procesy do mini-enkapsulovaných prostředí, malých plně robotizovaných čistých prostor, a kolem nich organizovat přívod a odvod.

Dobrou příležitostí, jak se dozvědět více o možnostech nákladově úsporného a udržitelného provozu čistých prostor, je veletrh Cleanzone 23. a 24. listopadu 2022 ve Frankfurtu nad Mohanem. Inovativní firmy z tohoto odvětví představí na přednáškách a panelových diskuzích perspektivní koncepty pro efektivitu farmaceutických a biotechnologických čistých prostor – to je magnet pro návštěvníky.