Belső levegő: hatékonyan megszabadulni a vírusoktól

A vírusfertőzés tesztelésével, például plakk- vagy TCID50-eljárással, a Fraunhofer kutatói vizsgálják, hogy a fertőtlenítés után a levegő még mindig fertőző és így továbbadható vírusokat tartalmaz-e. © Fraunhofer IGB

Numerikus szimuláció a levegőben terjedő aeroszolok viselkedéséről egy osztályteremben: Egy fertőzött személy ül az osztályterem jobb első sarkában. A kiválasztott keresztmetszet megmutatja a vírus tartalmú aeroszol koncentráció eloszlását. Egy szobai légtisztító szűri az aeroszolnal telített levegőt, és megtisztítva visszavezeti azt. © Fraunhofer EMI

Berendezés aeroszol szállítású vírusok hőmérsékleti inaktiválására. © Fraunhofer IFAM / Eszköz aeroszol szállítású vírusok hőmérsékleti inaktiválására. © Fraunhofer ITWM

Mobil reaktor egység helyszíni használatra. © Fraunhofer IMM / Mobil reaktor egység helyszíni használatra. © Fraunhofer IMM

Hogyan lehet hatékonyan megszabadulni a vírusoktól a beltéri levegőben? Ez a kérdés továbbra is fontos, különösen az iskolák számára, ahol a megfelelő levegőtisztítás elengedhetetlen. Az AVATOR projektben a Fraunhofer kutatói különböző szűrő- és levegőtisztítási technológiákat vizsgálnak és optimalizálnak.

Az összes német szövetségi tartományban folyik az iskola – teljes osztálylétszámmal. A gyerekek és fiatalok szorosan ülnek az osztálytermekben, sokan közülük fiatal koruk miatt oltatlanok. A fertőzés kockázatának minimalizálása érdekében a tartományi kormányok és kulturális minisztériumok támogatják a légtisztító készülékek beszerzését. De mit tudnak valójában a különböző légtisztítási technológiák? Ezt vizsgálják és optimalizálják a kutatók összesen 15 Fraunhofer intézet és létesítmény részvételével, az IBP Épületfizikai Intézet vezetésével a Fraunhofer AVATOR projektben, röviden „Anti-Vírus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction”. Emellett új tisztítási technológiákat is vizsgálnak, amelyek eddig nem voltak a piacon.

Hagyományos légtisztítók

A legismertebb légtisztítási módszer a hagyományos légtisztítók alkalmazása. Ezek a levegőt egy szűrőszöveten keresztül szívják be, ahol a vírusok megakadnak, majd a megtisztított levegőt visszajuttatják a szobába. Hogyan lehet ezeket a készülékeket hatékonyan alkalmazni, azt a Fraunhofer EMI szimulációi mutatják be egy osztályteremben: megfelelő légcsere-rátával és megfelelő elhelyezéssel az aeroszol-koncentráció 10-15 perc működés után körülbelül a felére csökkenthető. A szimulációk azt is kimutatják, hogy az aeroszol-koncentráció a konkrét körülményektől függ, és nem minden helyzetben azonos az osztályteremben. Annak érdekében, hogy a levegőt még jobban megtisztítsák a belélegzett aeroszoloktól – különösen azok vírusterhelésétől –, a kutatók a Fraunhofer LBF és IAP intézetekben a szövetek gyártásához adalékokat alkalmaztak. „A szűrőhatásuk három különböző mechanizmuson alapul” – magyarázza Prof. Dr. Gunnar Grün, a Fraunhofer IBP helyettes vezetője és az AVATOR projekt vezetője. „A nagyobb részecskék nem tudnak átmenni a szöveten, kiszűrik azokat. A kisebb részecskék lassítva haladnak, a többi a tömegvonzás miatt a szövetanyagban ragad. Az adalékok polaritása befolyásolja a szűrőhatást a legkisebb részecskék esetében, amelyek a felületi hatások miatt tapadnak a szűrőanyaghoz.” Ezek a felületi hatások a kutatók az adalékok segítségével módosították, így a legkisebb részecskék hatékonyabban szűrhetők ki. Mivel az össz-szűrőhatás a legkisebb részecskemérettől függ, és ez általában nagyon kicsi, kb. 200 μm-től 300 μm-ig terjed, a hatékonyság ezen bevonattal tovább növelhető. Bár már léteznek megközelítések a szűrőhatás javítására adalékokkal, ezek a szűrőszövetek általában az olaj alapú próbairól aeroszolokra vannak optimalizálva. Az ember által kibocsátott aeroszolok vízalapúak, így másképp viselkednek. „Különösen az ilyen bio-aeroszolok hatékonyságát növeltük” – mondja Grün. A kutatók a Fraunhofer IMM-ben vízalapú tesztaeroszolokat állítanak elő liposzómák alapján, egy vírusrészecske kimutató eszközzel együtt.

Légtisztítás plazmával

Akármennyire is jól működnek a légtisztítók osztálytermekben és hasonló helyeken, például hideg és nedves hűtőszekrényekben vagy vágóhidakon, határukhoz érnek – különösen a kiegészítő felszerelések esetében. Ahhoz, hogy ne növeljék a rendszer légellenállását, olyan tisztítórendszerek kínálnak megoldást, amelyek alacsony hőmérsékletű plazmát alkalmazva szabadítják meg a levegőt a vírusoktól. A vírusok nem a szűrőszöveten ragadnak meg, hanem a plazmaeszközben deaktiválódnak és az elektródákon lerakódnak. Itt is sikerült fejlesztéseket elérni a Fraunhofer kutatócsoportban az AVATOR projektben. „A kollégáink a Fraunhofer IPM-ben az autóipari partner technológiájára alapozva öntisztító elektródákat fejlesztettek ki – a szokásos tisztítási folyamat elmarad” – magyarázza Grün.

„Vírusgrill”: túlmelegedéses sterilizálás

A légtisztítók és plazma eltávolítják a vírusokat a levegőből. Egy teljesen más megközelítést alkalmaznak a kutatók a „Vírusgrill”-lel: a levegőt 90 Celsius-fok feletti hőmérsékletre hevítik, így a vírusokat inaktiválják. Bár a vírusok a levegőben maradnak, többé nem szaporodhatnak – inaktiváltak –, így már nem jelentenek veszélyt az emberre. A Dresdeni Fraunhofer IFAM már bizonyította, hogy ez az elv működik. A rendkívül magas hővisszanyerés lehetővé teszi az energiahatékony légtisztítást, és minimalizálja a hőátadást a szobába. Ez különösen fontos osztálytermekben, irodákban és más nem klimatizált helyeken. A kutatók jelenleg tovább fejlesztik az eszközt, különösen a miniaturizálás szerepel a terveik között.

Irodai légterelők

Egy olyan megoldást, amely különösen nagyobb irodákban alkalmazható, a Fraunhofer ICT és a Fraunhofer IBP fejlesztett ki habanyag gyártóval együttműködve. Hangelnyelő légterelőket használnak, hogy a levegőt megszabadítsák vírusterhelésétől és minimalizálják a fertőzés kockázatát. „A habanyag teljes felületét antimikrobiális ezüstkomponenssel vonjuk be – így a légáramlás során magas vírus-inaktiváció érhető el” – összegzi Grün. Már létezik egy demonstrátor is. Emellett a hangelnyelő funkció sem marad ki: különösen az emberi beszéd tartományában, azaz kb. 1000-4000 Hertz között, magas a hangelnyelés.

Virucid szerek helyiségek fertőtlenítésére

Olyan helyiségek, amelyek nem foglaltak, fertőtlenítéséhez virucid szereket alkalmaznak. Ezek azonban általában szállítást és tárolást igényelnek a felhasználás előtt. A Fraunhofer IMM kutatói azonban egy praktikusabb alternatívát fejlesztettek ki: egy mobil reaktort, amely a veszélytelen nátrium-karbonát oldatból állít elő virucid szert, a Peroxodicarbonátot. Maga a virucid szer is ártalmatlan termékekre bomlik le. A reaktor már működik, az ITEM intézetben jelenleg a toxikológiai vizsgálatokat végzik – azaz azt vizsgálják, milyen mértékben hat a virucid mikroorganizmusokra, és van-e kritikus terhelés az emberre és a környezetre.

A technológiák víruskimutatással történő validálása

Legyen szó hagyományos légtisztítókról, vírusgrillről vagy légterelőkről: a tisztítási technológiákat pontosan tesztelni kell hatékonyságuk szempontjából. Ezt a validálást három Fraunhofer intézet végzi: az ITEM, az IBP és az IGB. Ott olyan vírusokat permeteznek, amelyek nem veszélyesek az emberre, de a SARS-CoV-2 vírus méretében, burkolt szerkezetében és RNS-szálában hasonlítanak rá. Ezeket az úgynevezett szurrogát vírusokat nagy tételben gyártják és tisztítják, tesztaeroszol formájában permetezik, és különböző tisztítási technológiák tesztelésére használják. A kutatók az inaktiválási eljárások hatékonyságát azzal mérik, hogy elemzik a fertőzőképességet, és összehasonlítják a vírusok összszámát az inaktiválás előtt és után.