Aire interior: eliminar eficazmente los virus

Con pruebas de infección viral, por ejemplo, un ensayo de placas o TCID50, los investigadores de Fraunhofer examinan si el aire, después de la inactivación, todavía contiene virus infecciosos y, por lo tanto, transmisibles. © Fraunhofer IGB

Simulación numérica de la dispersión de aerosoles en un aula: Una persona infectada se encuentra en la esquina frontal derecha del aula. La sección transversal seleccionada muestra la distribución de concentración del aerosol que contiene el virus. Un purificador de aire del aula filtra el aire cargado de aerosoles y lo devuelve purificado. © Fraunhofer EMI

Aparato para la inactivación térmica de virus transportados por aerosoles. © Fraunhofer IFAM / Dispositivo para la inactivación térmica de virus transportados por aerosoles. © Fraunhofer ITWM

Unidad de reactor móvil para uso en el sitio. © Fraunhofer IMM / Unidad de reactor móvil para uso en el sitio. © Fraunhofer IMM

¿Cómo eliminar eficazmente los virus del aire en espacios cerrados? Esta pregunta sigue siendo importante, especialmente en las escuelas, donde una limpieza del aire adecuada es esencial. En el proyecto AVATOR, investigadores del Fraunhofer estudian y optimizan diferentes tecnologías de filtración y limpieza del aire.

En todos los estados federales de Alemania, la escuela está en pleno auge – con toda la clase. Niños y adolescentes están sentados apretados en las aulas, muchos de ellos sin estar vacunados debido a su edad temprana. Para minimizar el riesgo de contagio, los gobiernos estatales y los ministerios de cultura fomentan la adquisición de purificadores de aire. Pero, ¿qué pueden hacer realmente las diferentes tecnologías de limpieza del aire en interiores? Esto lo analizan investigadores de un total de 15 institutos y centros del Fraunhofer, bajo la dirección del Instituto Fraunhofer para la Física de la Construcción IBP, en el proyecto Fraunhofer AVATOR, abreviatura de "Anti-Virus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction". También investigan y optimizan nuevas tecnologías de limpieza que aún no están en el mercado.

Filtros de aire tradicionales

La limpieza de aire más conocida se realiza mediante filtros de aire tradicionales. Estos hacen pasar el aire a través de un paño filtrante, en el que quedan atrapados los virus, y devuelven el aire purificado al espacio. Cómo se pueden usar eficazmente estos dispositivos, lo muestran simulaciones del Fraunhofer EMI en un aula: Con una tasa de intercambio de aire configurada de manera sensata y una posición adecuada, la concentración de aerosoles puede reducirse a la mitad después de 10 a 15 minutos de funcionamiento. Las simulaciones también muestran que la concentración de aerosoles depende de las condiciones específicas y no es igual en todas las posiciones del aula. Para eliminar aún mejor los aerosoles exhalados, especialmente en cuanto a su carga viral, los investigadores del Fraunhofer LBF e IAP han añadido aditivos a los plásticos utilizados en la fabricación de los paños filtrantes. "El efecto de filtración de los paños se basa en tres mecanismos diferentes", explica el Prof. Dr. Gunnar Grün, subdirector del Fraunhofer IBP y jefe del proyecto AVATOR. "Las partículas grandes no pasan a través del paño, sino que quedan atrapadas. Las partículas algo más pequeñas se ralentizan, permaneciendo por inercia en el material del paño. Los aditivos polares afectan el rendimiento del filtro respecto a las partículas más pequeñas, que se adhieren al material del filtro debido a efectos superficiales." Estos efectos superficiales modifican los científicos mediante los aditivos, de modo que las partículas más pequeñas se filtran de manera más eficiente. Dado que el rendimiento total del filtro está determinado por el tamaño de partícula menos atrapado, que suele ser muy pequeño (alrededor de 200 μm a 300 μm), la eficiencia puede mejorarse aún más con esta capa. Aunque ya existen enfoques para mejorar el rendimiento de filtración mediante aditivos, estos filtros optimizados están diseñados para aerosoles basados en aceite. Sin embargo, los aerosoles emitidos por las personas en el aire son acuosos y se comportan de manera diferente. "Hemos logrado aumentar especialmente la eficiencia en estos bioaerosoles", dice Grün. Los investigadores del Fraunhofer IMM generan aerosoles de prueba basados en liposomas, junto con un dispositivo para la detección óptica de partículas virales en el aire.

Purificación del aire mediante plasma

Por muy bien que funcionen los filtros de aire en aulas y otros espacios, en ambientes como salas frías y húmedas o mataderos, alcanzan sus límites, especialmente en cuanto a las renovaciones. Para no añadir resistencia adicional al sistema, se ofrecen sistemas de limpieza que utilizan plasma de baja temperatura para eliminar los virus del aire. Los virus no quedan atrapados en los paños filtrantes, sino que se inactivan en el dispositivo de plasma y se depositan en electrodos. Aquí también, el grupo de investigadores del Fraunhofer ha logrado mejoras en el proyecto AVATOR. "Nuestros colegas del Fraunhofer IPM desarrollaron electrodos autolimpiables basados en la tecnología de un socio industrial del sector automotriz, eliminando así la limpieza habitual", explica Grün.

"Virusgrill": esterilización por sobrecalentamiento

Los filtros de aire y el plasma eliminan los virus del aire. Sin embargo, los investigadores optan por un enfoque completamente diferente para evitar contagios con el "Virusgrill": calientan el aire a más de 90 grados Celsius, haciendo que los virus sean inofensivos. Aunque los virus permanecen en el aire, ya no pueden multiplicarse, están inactivados y ya no pueden hacer daño a las personas. El Fraunhofer IFAM en Dresde ya ha demostrado que el principio funciona. Gracias a la recuperación de calor de alta eficiencia, se permite un funcionamiento energéticamente eficiente de la limpieza del aire, minimizando la aportación de calor al espacio. Esto es especialmente importante en aulas, oficinas y otros espacios sin aire acondicionado. Actualmente, los científicos están desarrollando aún más el aparato, en particular, la miniaturización está en su agenda.

Divisores de oficina

Un enfoque que se utiliza especialmente en grandes oficinas ha sido desarrollado por el Fraunhofer ICT y el Fraunhofer IBP en colaboración con un productor de espumas. Utilizan divisores de espacio absorbentes de sonido para eliminar los virus del aire y reducir el riesgo de contagio. "Toda la superficie de la espuma está recubierta con un compuesto de plata antimicrobiana, lo que permite una alta inactivación de virus durante el paso del aire", resume Grün. Ya existe un demostrador. Además, no se descuida la función de absorción acústica: especialmente en el rango de la voz humana, aproximadamente entre 1000 y 4000 Hertz, se logra una alta absorción del sonido.

Virucida para desinfección de espacios

Para limpiar espacios vacíos, se utilizan virucidas. Sin embargo, estos productos peligrosos generalmente deben transportarse hasta el lugar de uso y almacenarse hasta su aplicación. Los investigadores del Fraunhofer IMM han desarrollado una alternativa más práctica: un reactor móvil que produce el virucida peroxodicarbonato a partir de una solución inocua de carbonato de sodio. El virucida en sí se descompone en productos igualmente inocuos. El reactor ya funciona, y en el Fraunhofer ITEM se están realizando pruebas de toxicidad para determinar la intensidad de la acción del virucida sobre microorganismos y si la aplicación presenta riesgos críticos para las personas y el medio ambiente.

Validación de las tecnologías mediante detección de virus

Ya sean filtros de aire tradicionales, el "Virusgrill" o divisores de espacio: las tecnologías de limpieza deben ser verificadas con precisión en cuanto a su eficiencia. Para ello, trabajan tres institutos del Fraunhofer: el Fraunhofer ITEM, el Fraunhofer IBP y el Fraunhofer IGB. Allí, nebulizan virus que no representan peligro para las personas, pero que se asemejan en tamaño, estructura envolvente y secuencia de RNA a los SARS-CoV-2. Estos llamados virus sustitutos se producen a escala, se limpian, se formulan en aerosoles de prueba y se nebulizan en ellos para evaluar diferentes tecnologías de limpieza. Para verificar la eficacia de los nuevos métodos de inactivación, los investigadores analizan la infectividad y comparan el número total de virus antes y después de la inactivación.