Approcci per ambienti più sostenibili

Per via dell'elevato consumo energetico e dell'impiego di numerosi materiali monouso, il tema della sostenibilità in tecnologia delle camere bianche sta assumendo sempre più importanza. Questo sviluppo è anche rafforzato da normative politiche. Considerando l'equilibrio tra la riduzione dell'impronta di CO2 e il rispetto di rigorosi standard di purezza, emergono soluzioni promettenti in particolare attraverso l'aumento dell'efficienza energetica nelle operazioni e l'impiego di materiali sostenibili.

Introduzione al tema della sostenibilità

Al giorno d'oggi, la sfida globale del cambiamento climatico, l'aumento del consumo di risorse e di conseguenza il tema della sostenibilità vengono sempre più messi in primo piano. Per sostenibilità si intende il concetto di soddisfare i bisogni della generazione attuale senza compromettere le possibilità delle future generazioni. Le tre dimensioni di efficienza economica, giustizia sociale e sostenibilità ecologica devono essere considerate come ugualmente importanti. [1]

In relazione alla sostenibilità, le autorità politiche hanno implementato varie misure regolamentari, tra cui i 17 Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite, il European Green Deal e la legge tedesca sul clima (cfr. figura 1) [2, 3]. Questi stabiliscono obiettivi e direttive, come ad esempio la neutralità climatica entro il 2050 nell'Unione Europea.

Per raggiungere questo obiettivo, è importante che le industrie e le aziende europee diventino più sostenibili insieme ad altri attori e riducano la loro impronta di CO2. Un elemento centrale di questi sforzi è la Valutazione del Ciclo di Vita (LCA), che consente un'analisi completa degli impatti ambientali di prodotti e processi lungo tutto il ciclo di vita. La quantificazione delle emissioni di gas serra svolge un ruolo fondamentale, poiché permette alle aziende di rilevare sistematicamente le proprie emissioni e di adottare misure mirate. Inoltre, le aziende di una certa dimensione sono ora obbligate, secondo la Direttiva sulla rendicontazione di sostenibilità aziendale (CSRD), a riferire annualmente sulle emissioni quantificate e sugli sforzi sostenibili [4].

Ciò vale anche per le aziende che utilizzano camere bianche, come ad esempio nel settore farmaceutico, nella tecnologia medica o nella produzione di semiconduttori. Le camere bianche, grazie all'ambiente controllato, contribuiscono in modo indispensabile a minimizzare le contaminazioni e quindi a garantire la qualità del prodotto. Alcuni prodotti, come ad esempio i microchip, non esisterebbero senza camere bianche. L'uso di camere bianche porta a meno scarti, a una maggiore durata dei prodotti e alla sicurezza dei pazienti/consumatori. Inoltre, queste contribuiscono significativamente alla protezione di persone e ambiente.
D'altra parte, le camere bianche sono molto energivore. A causa delle elevate esigenze di qualità dell'aria, temperatura e umidità, il consumo energetico di questi impianti può essere fino a 25 volte superiore rispetto agli edifici industriali o amministrativi convenzionali [5]. A ciò si aggiunge un elevato fabbisogno di numerosi materiali monouso, tra cui quelli per la pulizia e l'imballaggio.

Questo articolo analizza approcci che possono portare a camere bianche più sostenibili, con un focus sull'operatività delle camere stesse. Vengono inoltre trattati il riutilizzo e il riciclo dei media di purezza e dei materiali di consumo sostenibili. La sfida più significativa, ma necessaria, di tutti gli approcci è ridurre il fabbisogno energetico, conservare le risorse e allo stesso tempo tutelare il processo e la qualità del prodotto, rispettando requisiti come le GMP (Good Manufacturing Practice), senza compromettere la qualità.

Approcci per aumentare l'efficienza energetica nelle camere bianche

Data l'altissima domanda di energia delle camere bianche, l'aumento dell'efficienza energetica è considerato un approccio centrale per diventare più sostenibili.

Dimensioni dell'efficienza energetica

Quando si parla di efficienza energetica, si distinguono spesso tre strategie sostenibili: sufficienza, efficienza e coerenza. La sufficienza significa ridurre il consumo di risorse, ovvero utilizzare complessivamente meno energia. L'efficienza si riferisce a un miglior utilizzo di materiali ed energia, mentre la coerenza si basa su tecnologie ecocompatibili che sfruttano sostanze dagli ecosistemi senza danneggiarli. [6]

Inizia con la pianificazione della camera bianca

Linee guida e norme come VDI 2083 foglio 4.2 e DIN EN ISO 14644-16 mostrano molteplici e efficaci punti di intervento e approcci per migliorare l'efficienza energetica delle camere bianche. Già nella fase di pianificazione delle camere bianche, molte strategie di sufficienza possono essere messe in pratica. Tra queste, mantenere l'area della camera bianca, e quindi anche i volumi degli ambienti, il più ridotto possibile, per ridurre il volume di ventilazione necessario. La pianificazione e l'integrazione di aree il più possibile piccole con flusso turbolento di sostituzione (TAV) a bassa turbolenza permette di risparmiare molta energia. La VDI 2083 suggerisce l'uso di sistemi barriera, come isolatori nelle fasi di riempimento farmaceutico e mini-ambienti per la produzione di semiconduttori. Queste tecnologie eliminano la necessità di classi ambientali energivore, come la classe GMP B, o di grandi ambienti con ventilazione TAV pura [7]. Anche nella progettazione della tecnologia di ventilazione esiste un grande potenziale di risparmio. Un'allocazione strategica dei sistemi di ventilazione può ridurre i percorsi di ventilazione e quindi le perdite di pressione. Ciò riduce il fabbisogno energetico del sistema e minimizza le perdite di energia associate.

Rapporto di ricambio dell'aria

Un grande potenziale di risparmio risiede anche in una ventilazione delle camere bianche adattata alle reali esigenze. In generale, le normative non specificano tassi di ricambio dell'aria precisi per le camere bianche (ad eccezione di alcune direttive come la FDA). È importante solo che, attraverso la ventilazione, vengano rispettati i limiti di concentrazione di particelle della classe desiderata e che venga garantita l'apporto di aria fresca al personale. Tuttavia, i tassi di ricambio dell'aria sono spesso molto più elevati del necessario.

Una misura centrale consiste nel generare il minor numero possibile di particelle all'interno della camera bianca. Di conseguenza, tassi di ricambio dell'aria più bassi sono sufficienti per mantenere le concentrazioni di particelle e si riduce complessivamente il consumo energetico per la ventilazione. Strategie efficaci per ridurre la contaminazione da particelle includono un rigoroso concetto di abbigliamento, che assicura che meno particelle vengano rilasciate dal personale. La riduzione mirata del numero di persone presenti nella camera bianca contribuisce anche a minimizzare il rilascio di particelle. Inoltre, l'implementazione di processi automatizzati può ridurre ulteriormente il personale, aumentando la stabilità e l'efficienza del processo, oltre a ridurre la contaminazione.

La VDI 2083 raccomanda inoltre l'implementazione di operazioni di abbassamento pianificate. In questo modo si può risparmiare energia riducendo la ventilazione in fasi di produzione non attive, ad esempio di notte. La modalità di abbassamento viene attuata sulla base di una valutazione del rischio, dopo una validazione riuscita. Il monitoraggio della camera bianca serve a dimostrare il mantenimento dello stato di purezza. Allo stesso modo, si può regolare la frequenza di ricambio dell'aria in ambienti temporanei, come ad esempio le camere di passaggio. Qui, la frequenza di ricambio potrebbe essere regolata in funzione del numero di persone e delle attività svolte. L'integrazione di chip nell'abbigliamento delle camere bianche permetterebbe di determinare il numero di persone e di adattare di conseguenza il ricambio dell'aria [8]. Anche durante le operazioni di manutenzione, il sistema di ventilazione può essere spento per risparmiare energia. In questo caso, vengono sospese le esigenze come lo status GMP, semplificando anche l'esecuzione dei lavori. [7]

Climatizzazione

Il riscaldamento, il raffreddamento e l'umidificazione o deumidificazione dell'aria in ingresso nella camera bianca richiedono un elevato dispendio energetico. Le norme raccomandano di alzare o abbassare leggermente i limiti di temperatura e umidità dell'aria in base alle condizioni climatiche. Poiché in particolare la deumidificazione e il raffreddamento dell'aria sono energeticamente costosi, si può risparmiare molta energia in questa fase.

È importante, tuttavia, che queste variazioni siano gestite in modo da non compromettere il comfort del personale. D'altra parte, in questa fase si può anche adattare il concetto di abbigliamento alle variazioni, mantenendo un buon livello di comfort.

Per ridurre ulteriormente i consumi energetici della climatizzazione, è consigliabile minimizzare l'irraggiamento solare attraverso schermature esterne. Ciò riduce il riscaldamento della camera bianca, specialmente in estate, e di conseguenza il fabbisogno di raffreddamento. Oltre a ottimizzare la climatizzazione, si punta anche a ridurre il carico termico nella camera bianca. Apparecchiature che emettono meno calore durante il processo evitano un surriscaldamento eccessivo dell'aria, riducendo il fabbisogno di raffreddamento e, di conseguenza, l'energia richiesta per la climatizzazione.

Allo stesso modo, si raccomanda di rendere le camere bianche più efficienti dal punto di vista energetico, sigillandole e isolandole in modo efficace. Ciò comporta diversi vantaggi, come minori perdite di calore, un minor scambio d'aria indesiderato con l'ambiente e un miglior mantenimento della pressione. Queste misure contribuiscono in modo sostanziale al risparmio energetico.

Operazione di ricircolo dell'aria

Un altro approccio importante per la ventilazione consiste nel ridurre la quota di aria esterna nel sistema di alimentazione dell'aria. In questo modo si riduce la quantità di aria esterna da trattare, riscaldare e deumidificare, risparmiando energia. Ciò può essere ottenuto tramite sistemi di ricircolo, in cui una parte significativa dell'aria di scarico della camera bianca viene trattata e reinserita nel ciclo. È fondamentale garantire che questa modalità non comporti contaminazioni crociate.

La VDI 2083 raccomanda di progettare la ventilazione delle nuove camere bianche con sistemi decentralizzati di ricircolo. Ciò evita lunghi percorsi dell'aria e riduce le perdite di pressione nel sistema di ventilazione. Allo stesso tempo, permette un controllo flessibile e indipendente della ventilazione di singole camere bianche. Nonostante queste misure, deve sempre essere garantito il fabbisogno di aria fresca per il personale. Come riferimento, si considera generalmente un apporto di 35 m³ di aria fresca all'ora per persona [10]. Inoltre, nei sistemi di ricircolo può essere prevista una recupero di calore, in cui il calore dell'aria di scarico viene estratto e utilizzato per preriscaldare l'aria in ingresso. Ciò riduce il fabbisogno di energia termica esterna e consente di risparmiare energia anche nella camera bianca.

Sistemi/Dispositivi ad alta efficienza energetica

Anche per quanto riguarda l'efficienza, si possono individuare numerose opportunità di risparmio. In ISO 14644-16 si fa riferimento alla scelta di ventilatori con il massimo rendimento e filtri dell'aria con bassa perdita di pressione. L'uso di prefiltri ad alta efficienza energetica può anche ridurre il carico sui filtri finali, che quindi devono essere sostituiti meno frequentemente. L'impiego di illuminazione a LED ad alta efficienza porta a notevoli risparmi energetici. È inoltre importante una gestione efficiente dell'illuminazione, ad esempio riducendola durante le fasi di inattività. [9]

Riutilizzo e riciclo dei media di purezza

La produzione di media di purezza per camere bianche è spesso energivora a causa di requisiti stringenti. La VDI 2083 raccomanda di riutilizzare e riciclare l'acqua pura. Si distingue tra riutilizzo materiale, in cui l'acqua viene riutilizzata direttamente, e riutilizzo termico, in cui l'acqua viene impiegata come vettore energetico per il riscaldamento o sistemi a vapore. Un esempio di riutilizzo materiale è l'uso del condensato di vapore sterile (ad esempio da tubazioni di vapore sterile) come acqua per scopi di infezione (WFI). Inoltre, si può sfruttare il recupero di calore da acque reflue calde, per riscaldare altri processi o alimentare sistemi di riscaldamento. In questo contesto, l'uso di pompe di calore è particolarmente efficace per sfruttare calore o freddo in modo efficiente [7]. L'obiettivo di questi approcci è riutilizzare in parte l'energia "persa" durante la produzione dei media, aumentando così l'efficienza. Oltre al riutilizzo e riciclo dei media di purezza, si può risparmiare energia anche nella produzione di acqua pura, preferendo metodi membranosi rispetto alla distillazione energivora.

Monitoraggio e controllo energetico

Il monitoraggio continuo del consumo energetico di vari impianti e sistemi nelle camere bianche rappresenta un altro metodo per risparmiare energia. Attraverso questo monitoraggio, preferibilmente automatizzato, è possibile identificare potenziali di ottimizzazione. Ad esempio, nelle unità di trattamento aria, la raccolta e l'analisi costante dei dati di consumo energetico permette di attuare misure mirate per migliorare l'efficienza e ridurre i consumi. La VDI suggerisce di monitorare anche eventuali modifiche agli impianti esistenti e le variazioni nelle condizioni di produzione, per individuare ulteriori opportunità di risparmio energetico. [7]

Manutenzione proattiva

Anche la manutenzione proattiva di filtri e dispositivi contribuisce significativamente alla sostenibilità delle camere bianche. Ispezioni regolari e sostituzioni tempestive dei filtri evitano il deterioramento della qualità dell'aria e riducono il consumo energetico, poiché filtri sporchi aumentano la resistenza dell'aria e gravano maggiormente sui sistemi di ventilazione. La manutenzione di dispositivi come ventilatori, componenti di climatizzazione e sensori assicura che funzionino in modo efficiente, evitando sprechi di energia e guasti. Una strategia di manutenzione ben organizzata può quindi portare a risparmi energetici a lungo termine.

Consapevolezza del personale

Sebbene il comportamento del personale abbia un impatto limitato rispetto alle misure tecniche, è comunque utile sensibilizzare e formare in modo mirato su questo tema. L'obiettivo di tali corsi, secondo le norme pertinenti, è aumentare la consapevolezza del fatto che l'azienda deve rispettare rigorose direttive di sostenibilità e normative legali a causa di processi e impianti energivori.

Tra le misure efficaci riguardanti il comportamento del personale vi sono lo spegnimento dell'illuminazione in aree non utilizzate dopo l'orario di lavoro e lo spegnimento di dispositivi elettronici usati saltuariamente. È inoltre importante ridurre al minimo gli orari di apertura di porte di passaggio e altri accessi, per ridurre il rischio di contaminazioni e mantenere il più possibile stabile la pressione interna. [7, 9]

Nella Tabella 1 sono riassunte le strategie individuate per l'efficienza energetica, evidenziando come si possano ottenere risparmi e quali aspetti e conseguenze considerare.

 

Materiali di consumo sostenibili

Quando si tratta di sostenibilità nelle camere bianche, i materiali di consumo sono imprescindibili. A causa dei severi requisiti di purezza, si utilizza spesso attrezzatura monouso, che viene smaltita dopo l'uso. Approcci più sostenibili mirano principalmente a ridurre i materiali di imballaggio e a riutilizzare in modo efficiente l'attrezzatura e i materiali stessi, per ridurre complessivamente i rifiuti. Quest'ultimo rientra nel concetto di economia circolare. Un esempio consolidato nell'industria è il riutilizzo di abbigliamento per camere bianche per più cicli tramite processi di lavaggio efficaci. Questo contribuisce alla sostenibilità delle camere bianche come misura di risparmio di risorse.

Un altro approccio è l'impiego di materiali biodegradabili, come ad esempio i guanti compostabili realizzati con una miscela di polilattidi di origine biologica. Grazie alla possibilità di compostarli industrialmente, l'impatto ambientale è molto inferiore rispetto ai guanti in plastica sintetica tradizionale. [11]

Non solo i materiali consumati devono essere riciclati, ma anche lo sviluppo di materiali di consumo prodotti con materiali riciclati è fondamentale. È importante che questi siano di altissima qualità e che rispettino gli standard e i requisiti dei materiali tradizionali. Un fattore chiave per la qualità elevata di tali prodotti è la separazione accurata dei rifiuti per tipologia. Ad esempio, le salviette per camere bianche riciclate da bottiglie di plastica sono un esempio [12]. Come mostrato nella figura 2, le bottiglie di plastica riciclate vengono trasformate in salviette per camere bianche con pochi passaggi, garantendo un basso contenuto di particelle.

Secondo lo stesso principio, vengono realizzati anche abbigliamenti per camere bianche riciclati, in particolare da bottiglie PET. La conformità del tessuto, utilizzato per le tute da camera bianca, ai requisiti anche per processi critici è stata attestata da vari istituti di ricerca tessile. Pertanto, questo nuovo tipo di abbigliamento può contribuire senza restrizioni alla sostenibilità delle camere bianche [13]. L'uso di articoli di consumo riciclati riduce il consumo di plastica non biodegradabile, rappresentando un passo importante verso la sostenibilità nelle camere bianche.

Un altro aspetto molto importante riguarda l'imballaggio. La maggior parte dei materiali monouso viene attualmente confezionata singolarmente in plastica, generando grandi quantità di rifiuti plastici. Per questo motivo, si stanno sviluppando soluzioni di imballaggio più sostenibili. Un esempio sono le confezioni riutilizzabili per mop da camere bianche realizzate in PET riciclato al 100%, in grado di contenere 5 o 10 mop. Realizzate in tessuto per camere bianche, sono lavabili e sterilizzabili [14]. Lo stesso vale per sacchetti di sterilizzazione riutilizzabili. Oltre alla possibilità di riutilizzo, si ottimizzano anche i problemi dei sacchetti di sterilizzazione tradizionali in plastica, che si strappano facilmente durante l'uso, soprattutto quando si sterilizzano componenti con molte sporgenze. [15]

Conclusioni e prospettive future

In sintesi, la sostenibilità può essere descritta come uno dei temi più urgenti del nostro tempo, anche nel campo della tecnologia delle camere bianche. Gli obiettivi di neutralità climatica stabiliti dalle politiche europee e nazionali portano a dover rendere anche le camere bianche più sostenibili. Numerosi approcci innovativi, come quelli indicati dalla linea guida VDI 2083 foglio 4.2 e dalla norma DIN EN ISO 14644-16, possono migliorare l'efficienza energetica delle camere bianche dalla fase di progettazione, attraverso l'operatività e fino alla riqualificazione di ambienti esistenti. Inoltre, il mercato delle soluzioni innovative e dei nuovi materiali sostenibili sta crescendo rapidamente. In particolare, il settore dei materiali di consumo sostenibili si sta sviluppando a ritmo sostenuto. Seguendo il principio dell'economia circolare, si stanno creando sempre più prodotti realizzati con materiali riciclati o biodegradabili, che contribuiscono in modo significativo alla riduzione dei rifiuti nelle camere bianche.

Per le aziende, la sostenibilità rappresenta molteplici vantaggi: può migliorare l'immagine del marchio, attrarre investitori e aumentare l'attrattività come datore di lavoro. Inoltre, i concetti sostenibili possono ridurre i rischi, abbassare i costi e aumentare l'efficienza dei processi. In futuro, sarà fondamentale garantire la massima qualità del prodotto, la sicurezza dei lavoratori e la tutela ambientale. Poiché le elevate normative sulla qualità e sulla sicurezza spesso ostacolano lo sviluppo sostenibile, la futura formulazione di queste norme potrebbe influenzare significativamente l'evoluzione delle strategie di sostenibilità nelle camere bianche. In ottica di sostenibilità, sarebbe opportuno non restringere ulteriormente le normative, per mantenere ampio il margine di manovra per le misure di sostenibilità e contribuire in modo sostanziale ad affrontare le sfide climatiche globali.

Bibliografia:

[1] Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (2024): Nachhaltigkeit (nachhaltige Entwicklung). Disponibile online su https://www.bmz.de/de/service/lexikon/nachhaltigkeit-nachhaltige-entwicklung-14700, ultimo accesso 20.09.2024.
[2] Europäische Kommission (2024): Der europäische Grüne Deal. Disponibile online su https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_de, ultimo accesso 20.09.2024.
[3] Die Bundesregierung (2024): Ein Plan fürs Klima. Disponibile online su https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/tipps-fuer-verbraucher/klimaschutzgesetz-2197410, ultimo accesso 20.09.2024.
[4] Umweltbundesamt (2024): Umweltberichterstattung - CSR-Richtlinie. Disponibile online su https://www.umweltbundesamt.de/umweltberichterstattung-csr-richtlinie, ultimo accesso 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): Indagine sperimentale sull'accumulo di contaminazione nelle camere bianche applicando condizioni di riduzione della ventilazione e gerarchie di pressione come parte di filtrazione controllata dalla domanda. In: Building and Environment 176
[6] BUND für Naturschutz und Umwelt in Deutschland (2024): Strategie di sostenibilità. Disponibile online su https://www.bund-bawue.de/themen/mensch-umwelt/nachhaltigkeit/nachhaltigkeitsstrategien/, ultimo accesso 08.10.2024.
[7] Verein Deutscher Ingenieure (2011): VDI 2083 Blatt 4.2 - Tecnologia delle camere bianche - Efficienza energetica.
[8] Zolg, Theresa; Beck, Maike; Schmid, Andreas (2023): Il mondo delle camere bianche di domani. ReinRaum-Technik 3/2023. Disponibile online su https://www.chemanager-online.com/news/die-reinraumwelt-von-morgen, ultimo accesso 13.12.2024.
[9] Deutsches Institut für Normung (2020): DIN EN ISO 14644-16 - Efficienza energetica delle camere bianche e dei sistemi di aria pulita.
[10] Flechl, Harald (2024): Capitolo 3.I.10.2 Progettazione e basi di calcolo. Consulente GMP. Disponibile online su https://gmp-berater.gmp-verlag.de/?action=infounit&value=RGooPoVxCb&uilang=de-DE&anchorLink=Practice_03_Raeume_03I_032_xml, ultimo accesso 16.12.2024.
[11] Ansell (s.n.): MICROFLEX® 31-103 Guanti compostabili. Disponibile online su https://www.ansell.com/eu/en/brands/microflex/microflex-31-103, ultimo accesso 12.12.2024.
[12] Contec Inc. (2020): Pulizia e igiene sostenibili: un panno per camere bianche in poliestere riciclato. Disponibile online su https://cleanroomtechnology.com/going-clean-and-green-a-recycled-polyester-cleanroom-wipe-170406, ultimo accesso 25.09.2024.
[13] Dastex Reinraumzubehör (2022): Abbigliamento per camere bianche in materiali riciclati. Disponibile online su https://www.dastex.com/aktuelles/artikel/reinraumbekleidung-aus-recyclingmaterial/, ultimo accesso 04.11.2024.
[14] CWS Cleanrooms Cleaning GmbH (2024): Pulizia e disinfezione delle camere bianche. Disponibile online su https://www.cws.com/de-DE/reinraum/reinigung/reinraumreinigung, ultimo accesso 04.11.2024.
[15] Elis (s.n.): Sacchetti di sterilizzazione riutilizzabili. Disponibile online su https://de.elis.com/de/wiederverwendbare-sterilisationsbeutel, ultimo accesso 12.12.2024.