Enfoques para espacios interiores más sostenibles

Debido al alto consumo de energía y al uso de numerosos materiales de un solo uso, el tema de la sostenibilidad en la tecnología de salas limpias adquiere cada vez más importancia. Esta tendencia también está respaldada por directrices políticas. Teniendo en cuenta el equilibrio entre la reducción de la huella de carbono y el mantenimiento de estrictos estándares de pureza, surgen enfoques prometedores, especialmente mediante el aumento de la eficiencia energética en la operación y el uso de materiales sostenibles.

Introducción al tema de la sostenibilidad

En la actualidad, el desafío global del cambio climático, el aumento del consumo de recursos y, por tanto, el tema de la sostenibilidad, ocupan un lugar cada vez más destacado. La sostenibilidad se refiere al concepto de satisfacer las necesidades de la generación actual sin comprometer las posibilidades de las futuras generaciones. Las tres dimensiones: eficiencia económica, justicia social y sostenibilidad ecológica, deben considerarse en igualdad de condiciones. [1]

En relación con la sostenibilidad, la política ha implementado diversas medidas regulatorias, entre ellas los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU, el Pacto Verde Europeo y la Ley alemana de protección climática (ver Figura 1) [2, 3]. Estos establecen metas y directrices, como por ejemplo, la neutralidad climática en la Unión Europea para 2050.

Para alcanzar este objetivo, es importante que las industrias y empresas europeas, junto con otros actores, se vuelvan más sostenibles y reduzcan su huella de carbono. Una parte fundamental de estos esfuerzos es la Evaluación del Ciclo de Vida (LCA), que permite un análisis exhaustivo del impacto ambiental de productos y procesos a lo largo de todo su ciclo de vida. La cuantificación de las emisiones de gases de efecto invernadero juega un papel esencial, ya que las empresas pueden registrar sistemáticamente sus emisiones y tomar medidas específicas. Además, las empresas de cierto tamaño están ahora obligadas, mediante la Directiva de Reporte de Sostenibilidad Corporativa (CSRD), a informar anualmente sobre sus emisiones cuantificadas y sus esfuerzos sostenibles [4].

Esto también aplica a empresas que utilizan salas limpias, como en la farmacéutica, tecnología médica o fabricación de semiconductores. Debido a su entorno controlado, las salas limpias contribuyen de manera indispensable a minimizar las contaminaciones y, por ende, a garantizar la calidad del producto. Algunos productos, como los microchips, no existirían sin salas limpias. El uso de salas limpias reduce el desperdicio, aumenta la durabilidad de los productos y la seguridad de pacientes/consumidores. Además, estas contribuyen a la protección de las personas y del medio ambiente.
Por otro lado, las salas limpias son muy energívoras. Debido a los requisitos extremadamente estrictos en calidad del aire, temperatura y humedad, su consumo energético puede ser hasta 25 veces mayor que el de edificios industriales o administrativos convencionales [5]. Además, existe una alta demanda de numerosos materiales de un solo uso, entre ellos para limpieza y embalaje.

Este artículo analiza enfoques que pueden conducir a salas limpias más sostenibles, con énfasis en la operación de las salas limpias. También se abordan la reutilización y el reciclaje de medios de pureza, así como materiales consumibles sostenibles. En todos estos enfoques, el desafío importante y necesario es reducir el consumo de energía, conservar recursos y, al mismo tiempo, proteger los procesos y productos, así como cumplir con requisitos como las Buenas Prácticas de Manufactura (GMP), sin comprometer la calidad.

Enfoques para aumentar la eficiencia energética en salas limpias

Debido al alto consumo de energía de las salas limpias, aumentar la eficiencia energética se considera un enfoque central para lograr una mayor sostenibilidad.

Dimensiones de la eficiencia energética

Al hablar de eficiencia energética, a menudo se diferencian tres estrategias sostenibles: suficiencia, eficiencia y consistencia. La suficiencia implica reducir el consumo de recursos al necesitar en total menos energía. La eficiencia se refiere a un mejor uso del material y la energía, mientras que la consistencia apuesta por tecnologías ecológicas que utilizan sustancias de ecosistemas sin dañarlos. [6]

Todo empieza en la planificación de la sala limpia

Normas y directrices como VDI 2083 hoja 4.2 y DIN EN ISO 14644-16 muestran múltiples enfoques y procedimientos efectivos para mejorar la eficiencia energética en salas limpias. Desde la planificación, muchas de estas estrategias de suficiencia pueden implementarse. Esto incluye mantener la superficie de la sala limpia, y por ende, los volúmenes de espacio, lo más reducidos posible para disminuir el volumen de aire necesario para la ventilación. La planificación e integración de áreas pequeñas con flujo de desplazamiento de turbulencia baja (TAV) también permite ahorrar mucha energía. La VDI 2083 propone el uso de sistemas de barreras, como aisladores en el llenado farmacéutico y mini-entornos para la fabricación de semiconductores. Gracias a estas tecnologías, se elimina la necesidad de clases de entorno energéticamente costosas, como la clase GMP B, o salas amplias con ventilación únicamente por TAV [7]. La planificación de la tecnología de ventilación también ofrece un gran potencial de ahorro. Mediante una disposición estratégica de los sistemas de ventilación, se pueden acortar los caminos de aire y reducir las pérdidas de presión, lo que disminuye el consumo energético del sistema y minimiza las pérdidas de energía asociadas.

Velocidad de renovación del aire

Un gran potencial de ahorro también reside en ajustar la renovación del aire en función de la necesidad en las salas limpias. En general, las regulaciones no establecen tasas específicas de renovación del aire para salas limpias (salvo algunas directrices como la de la FDA). Lo importante es que la ventilación mantenga los límites de concentración de partículas en la clase de sala limpia deseada y garantice el suministro de aire fresco al personal. Sin embargo, las tasas de renovación del aire suelen ser mucho mayores de lo necesario.

Una medida clave consiste en generar la menor cantidad posible de partículas en la sala limpia. Como resultado, tasas de renovación más bajas son suficientes para mantener las concentraciones de partículas y se requiere menos energía para la ventilación en general. Enfoques efectivos para reducir la carga de partículas incluyen un concepto de vestimenta estricto que minimice la liberación de partículas por parte del personal, así como reducir el número de personas en la sala limpia. Además, la implementación de procesos automatizados puede reducir aún más la necesidad de personal, mejorando la estabilidad y eficiencia del proceso y reduciendo la carga de partículas.

La VDI 2083 también recomienda la implementación de operaciones de reducción planificada, que permiten ahorrar energía al disminuir la ventilación en fases sin producción, como durante la noche. La aplicación de estas operaciones se basa en una evaluación de riesgos tras una validación exitosa. La monitorización del ambiente en la sala limpia ayuda a demostrar que se mantiene el estado de limpieza. De manera similar, en salas temporales, como las de pasaje, la tasa de renovación del aire podría ajustarse según el número de personas y actividades en la sala. La integración de chips en la vestimenta de sala limpia permitiría determinar la cantidad de personas y ajustar la tasa de renovación en consecuencia [8]. También durante tareas de mantenimiento, el sistema de ventilación puede apagarse para ahorrar energía, suspendiendo requisitos como el estado GMP, lo que facilita la realización de trabajos [7].

Climatización

Calentar, enfriar, humidificar o deshumidificar el aire de entrada en la sala limpia requiere un alto consumo de energía. Las normas recomiendan ajustar ligeramente los límites de temperatura y humedad del aire según las condiciones climáticas. Dado que la deshumidificación y el enfriamiento del aire son procesos energéticamente costosos, se puede ahorrar mucha energía en este aspecto.

Es importante que estos cambios sean tolerables para el personal, para no afectar negativamente su confort. Por otro lado, también puede ajustarse el concepto de vestimenta para mantener un buen nivel de confort.

Para reducir aún más el consumo energético en la climatización, es recomendable minimizar la radiación solar mediante sombreamiento exterior. Esto evita que la sala limpia se caliente demasiado, reduciendo la necesidad de enfriamiento, especialmente en verano. Además de optimizar la climatización, también se busca reducir la carga térmica en la sala limpia. Los equipos que generan menos calor durante el proceso ayudan a evitar un sobrecalentamiento del aire, disminuyendo la necesidad de enfriamiento y, por tanto, el consumo de energía en la climatización.

Asimismo, se recomienda diseñar las salas limpias de manera energéticamente eficiente, asegurando un buen sellado y aislamiento. Esto reduce las pérdidas de calor, el intercambio de aire no deseado con el entorno y ayuda a mantener la presión adecuada. Estas medidas contribuyen significativamente al ahorro energético.

Operación en recirculación de aire

Otra estrategia importante en ventilación es reducir la proporción de aire exterior en el sistema de entrada de aire. Así, se necesita preparar, calentar o humidificar menos aire exterior, ahorrando energía. Esto puede lograrse mediante sistemas de recirculación, en los que gran parte del aire de extracción de la sala limpia se vuelve a tratar y se devuelve. Es fundamental evitar contaminaciones cruzadas.

La VDI 2083 recomienda en la planificación de nuevas salas limpias el uso de sistemas de recirculación descentralizados. Esto evita largos caminos de aire y reduce las pérdidas de presión en el sistema de ventilación. Además, permite un control flexible e independiente de la ventilación en cada sala limpia. A pesar de estas medidas, siempre debe garantizarse el suministro de aire fresco necesario para el personal. Como referencia, generalmente se consideran 35 m³ de aire fresco por hora y persona [10]. Además, en sistemas de recirculación puede recuperarse calor, extrayendo calor del aire de extracción y usándolo para precalentar el aire de entrada, reduciendo así la demanda de calefacción externa y ahorrando energía en la sala limpia.

Sistemas y dispositivos energéticamente eficientes

También en términos de eficiencia, existen numerosas oportunidades de ahorro. La norma ISO 14644-16 recomienda seleccionar ventiladores con la mayor eficiencia posible y filtros de aire con baja pérdida de presión. La utilización de pre-filtros energéticamente eficientes puede reducir la carga en los filtros finales, alargando su vida útil y disminuyendo su reemplazo. Además, el uso de iluminación LED eficiente puede generar grandes ahorros de energía. También es importante controlar eficientemente la iluminación, especialmente reduciéndola en períodos de descanso [9].

Reutilización y reciclaje de medios en salas limpias

La producción de medios en salas limpias suele ser intensiva en energía debido a estrictos requisitos. Para ahorrar energía, la VDI 2083 recomienda la reutilización y el reciclaje de agua pura. Se distingue entre reutilización material, en la que el agua se usa directamente de nuevo, y reutilización térmica, en la que el agua se emplea como portador de energía para almacenamiento en caliente o sistemas de vapor. Un ejemplo de reutilización material es usar condensado de vapor limpio (por ejemplo, de tuberías de vapor limpio) como agua para fines de desinfección (WFI). Además, se puede aprovechar el calor residual del agua caliente para calentar otros procesos o incorporarlo en sistemas de calefacción mediante bombas de calor, por ejemplo [7]. El objetivo es aprovechar en parte la energía "perdida" invertida en la producción de estos medios, aumentando así la eficiencia. Además de la reutilización de medios, en la fabricación de agua pura también se puede ahorrar energía mediante métodos membranos en lugar de la destilación, que es muy intensiva en energía.

Monitoreo y control energético

Supervisar continuamente el consumo energético de diferentes equipos y sistemas en la sala limpia también es una forma de ahorrar energía. Con un monitoreo de energía automatizado, se pueden identificar potenciales de optimización. Por ejemplo, en sistemas de ventilación, mediante la recopilación y análisis constante de datos de consumo energético, se pueden implementar medidas específicas para mejorar la eficiencia y reducir el consumo. La VDI recomienda también registrar y evaluar cambios en los sistemas existentes y en las condiciones de producción. Esto permite identificar continuamente nuevas oportunidades de ahorro energético [7].

Mantenimiento proactivo

El mantenimiento proactivo de filtros y equipos también contribuye significativamente a la sostenibilidad de las salas limpias. Inspecciones periódicas y el reemplazo oportuno de filtros previenen la deterioración de la calidad del aire y reducen el consumo energético, ya que los filtros sucios aumentan la resistencia del aire y sobrecargan los sistemas de ventilación. Asimismo, el mantenimiento de equipos como ventiladores, componentes de climatización y sensores asegura su funcionamiento eficiente, evitando consumos innecesarios y fallos operativos. Una estrategia de mantenimiento bien organizada puede, por tanto, ahorrar energía a largo plazo.

Concienciación del personal

Aunque el comportamiento del personal tiene un impacto menor en la eficiencia energética en comparación con las medidas técnicas, la sensibilización y formación específica en este ámbito son útiles. Según las normas relevantes, el objetivo de estas formaciones es concienciar sobre la necesidad de cumplir estrictamente con las directrices de sostenibilidad y requisitos legales, debido a los procesos y equipos energéticamente intensivos.

Entre las medidas efectivas relacionadas con el comportamiento del personal están apagar las luces en áreas que no se utilizan después del horario laboral, y apagar dispositivos electrónicos que solo se usan ocasionalmente cuando no se necesitan. También es importante reducir al mínimo los horarios de apertura de pasajes y otras puertas, para disminuir el riesgo de contaminación y mantener la caída de presión lo más baja posible [7, 9].

En la Tabla 1 se resumen las estrategias identificadas para mejorar la eficiencia energética, destacando cómo se pueden lograr ahorros y qué aspectos y consecuencias deben considerarse.

 

Materiales consumibles sostenibles

En lo que respecta a la sostenibilidad en salas limpias, no hay camino que no pase por los materiales consumibles. Debido a las estrictas especificaciones de pureza, con frecuencia se utilizan equipos de un solo uso que se desechan tras su uso. Los enfoques más sostenibles se centran principalmente en reducir los materiales de embalaje y en la reutilización eficiente del equipo/material para disminuir la cantidad total de residuos. Esto se engloba dentro del concepto de economía circular. Un ejemplo ampliamente establecido en la industria es la reutilización de ropa de sala limpia en varios ciclos mediante procesos de lavado eficientes, contribuyendo así a la sostenibilidad mediante el ahorro de recursos.

Otra vía es el uso de materiales biodegradables, como por ejemplo, guantes compostables fabricados con mezclas de polímeros biobasados. Debido a su capacidad de compostaje industrial, la carga ambiental de estos guantes es mucho menor que la de los de plástico sintético convencional [11].

No solo los materiales consumidos deben reciclarse, sino también el desarrollo de materiales que se fabriquen a partir de materiales reciclados. Es importante que estos tengan una calidad muy alta y cumplan con los estándares y requisitos de los materiales tradicionales. Un factor clave para la alta calidad de estos productos es la separación de residuos en origen. Las toallas de sala limpia recicladas de botellas de plástico son un ejemplo [12]. Como se muestra en la figura 2, las botellas de plástico recicladas se procesan en varios pasos para obtener toallas de sala limpia con bajo contenido de partículas.

Siguiendo el mismo principio, también se fabrica ropa de sala limpia a partir de materiales reciclados, concretamente botellas PET. La calidad del tejido, que cumple con los requisitos para procesos críticos, ha sido comprobada por diversos institutos de investigación textil. Por ello, esta ropa innovadora puede contribuir sin restricciones a la sostenibilidad en salas limpias [13]. El uso de objetos de consumo reciclados reduce el consumo de plásticos no biodegradables, lo que representa un avance importante hacia la sostenibilidad en las salas limpias.

Un aspecto muy importante es el tema del embalaje. La mayoría de los materiales de un solo uso se envasan actualmente en plástico individualmente, generando grandes cantidades de residuos plásticos. Por ello, también se están desarrollando soluciones de embalaje más sostenibles. Un ejemplo son los envases reutilizables para mopas de sala limpia hechos de PET 100 % reciclado, que pueden contener 5 o 10 mopas. Fabricados con tejidos textiles de sala limpia, son lavables y esterilizables [14]. Lo mismo ocurre con las bolsas de esterilización reutilizables. Además de su reutilización, se optimizan los problemas de las bolsas de esterilización tradicionales de plástico, que suelen romperse durante su uso, especialmente en componentes con muchas esquinas y bordes en procesos de esterilización [15].

Conclusión y perspectivas

En resumen, la sostenibilidad puede considerarse uno de los temas más apremiantes de nuestro tiempo, incluso en la tecnología de salas limpias. Los objetivos de neutralidad climática establecidos por la política europea y nacional llevan a que las salas limpias también deban ser más sostenibles. Muchas de las directrices de la VDI 2083 hoja 4.2 y la norma DIN EN ISO 14644-16 pueden mejorar la eficiencia energética en salas limpias desde la planificación, operación y hasta la renovación de las existentes. Además, cada vez hay más desarrollos innovadores y novedades en el sector de salas limpias que abren nuevos caminos para aumentar la sostenibilidad en su funcionamiento. En particular, el mercado de materiales consumibles sostenibles evoluciona rápidamente. Siguiendo el concepto de economía circular, surgen cada vez más productos hechos de materiales reciclados o biodegradables, que pueden contribuir significativamente a reducir los residuos en las salas limpias.

Para las empresas, la sostenibilidad tiene múltiples beneficios: puede mejorar su imagen de marca, atraer inversores y aumentar su atractivo como empleador. Además, los conceptos sostenibles pueden reducir riesgos, disminuir costos y aumentar la eficiencia de los procesos. En el futuro, será fundamental garantizar la máxima calidad del producto, la seguridad del personal y la protección del medio ambiente. Dado que los altos requisitos regulatorios en calidad y seguridad a menudo dificultan el desarrollo sostenible, su futura configuración podría ser decisiva para la evolución de las estrategias de sostenibilidad en las salas limpias. En aras de la sostenibilidad, sería conveniente que las regulaciones no se vuelvan aún más estrictas, para mantener la flexibilidad en las medidas sostenibles y contribuir significativamente a afrontar los desafíos climáticos globales.

Bibliografía:

[1] Ministerio Federal de Cooperación Económica y Desarrollo (2024): Sostenibilidad (desarrollo sostenible). Disponible en línea en https://www.bmz.de/de/service/lexikon/nachhaltigkeit-nachhaltige-entwicklung-14700, consultado por última vez el 20.09.2024.
[2] Comisión Europea (2024): El Pacto Verde Europeo. Disponible en línea en https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_de, consultado por última vez el 20.09.2024.
[3] Gobierno Federal Alemán (2024): Un plan para el clima. Disponible en línea en https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/tipps-fuer-verbraucher/klimaschutzgesetz-2197410, consultado por última vez el 20.09.2024.
[4] Agencia Federal de Medio Ambiente (2024): Reporte ambiental - Directiva CSR. Disponible en línea en https://www.umweltbundesamt.de/umweltberichterstattung-csr-richtlinie, consultado por última vez el 20.09.2024.
[5] Loomans, M.G.L.C.; Ludlage, T.B.J.; van den Oever, H.; Molenaar, P.C.A.; Kort, H.S.M.; Joosten, P.H.J. (2020): Investigación experimental sobre la acumulación de contaminación en salas limpias al aplicar condiciones de jerarquía de presión y ventilación reducida como parte de la filtración controlada por demanda. En: Building and Environment 176
[6] Bund für Naturschutz und Umwelt in Deutschland (2024): Estrategias de sostenibilidad. Disponible en línea en https://www.bund-bawue.de/themen/mensch-umwelt/nachhaltigkeit/nachhaltigkeitsstrategien/, consultado el 08.10.2024.
[7] Asociación de Ingenieros Alemanes (2011): VDI 2083 hoja 4.2 - Eficiencia energética en tecnología de salas limpias.
[8] Zolg, Theresa; Beck, Maike; Schmid, Andreas (2023): El mundo de las salas limpias del mañana. ReinRaum-Technik 3/2023. Disponible en línea en https://www.chemanager-online.com/news/die-reinraumwelt-von-morgen, consultado el 13.12.2024.
[9] Instituto Alemán de Normalización (2020): DIN EN ISO 14644-16 - Eficiencia energética en salas limpias y sistemas de aire limpio.
[10] Flechl, Harald (2024): Capítulo 3.I.10.2 Cálculo y fundamentos de diseño. Consultor GMP. Disponible en línea en https://gmp-berater.gmp-verlag.de/?action=infounit&value=RGooPoVxCb&uilang=de-DE&anchorLink=Practice_03_Raeume_03I_032_xml, consultado el 16.12.2024.
[11] Ansell (s.f.): Guantes compostables MICROFLEX® 31-103. Disponible en línea en https://www.ansell.com/eu/en/brands/microflex/microflex-31-103, consultado el 12.12.2024.
[12] Contec Inc. (2020): Limpieza ecológica: paño de sala limpia de poliéster reciclado. Disponible en línea en https://cleanroomtechnology.com/going-clean-and-green-a-recycled-polyester-cleanroom-wipe-170406, consultado el 25.09.2024.
[13] Dastex Reinraumzubehör (2022): Ropa de sala limpia de material reciclado. Disponible en línea en https://www.dastex.com/aktuelles/artikel/reinraumbekleidung-aus-recyclingmaterial/, consultado el 04.11.2024.
[14] CWS Cleanrooms Cleaning GmbH (2024): Limpieza y desinfección en salas limpias. Disponible en línea en https://www.cws.com/de-DE/reinraum/reinigung/reinraumreinigung, consultado el 04.11.2024.
[15] Elis (s.f.): Bolsas de esterilización reutilizables. Disponible en línea en https://de.elis.com/de/wiederverwendbare-sterilisationsbeutel, consultado el 12.12.2024.

Contacto

Paul Guigas
Estudiante de Licenciatura en Farmacia y Tecnología
Universidad de Albstadt-Sigmaringen
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Prof. Dr. Andreas Schmid
Vicedecano
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Facultad de Ciencias de la Vida
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Primera publicación en ReinRaumTechnik 01/2025, p. 20 y ss., Wiley-VCH.