Diep ademhalen, ondanks Corona

Met een virusactiviteitstest onderzoeken de Fraunhofer-wetenschappers of met ventilatiesystemen gefilterde lucht nog infectieus is en dus overdraagbare virussen bevat. © Fraunhofer IGB

Kunnen ventilatiesystemen en luchtzuiveringsinstallaties beschermen tegen Covid-19? Hoe moeten ze daarvoor worden ontworpen? En hoe moeten hygiëne- en ventilatieconcepten worden ingericht om de overdracht van virussen via aerosolen te verminderen? Antwoorden op deze vragen geeft een onderzoeksteam van de Fraunhofer-instituten IBP, IGB en IPA in een nieuw adviescentrum voor gezonde binnenlucht. Tegelijkertijd onderzoeken IBP en IPA in een studie hoe ventilatiesystemen de verspreiding van aerosolen beïnvloeden. Het adviescentrum en de studie maken deel uit van de »Healthy Air Initiative« van het ministerie van Economie, Arbeid en Wonen Baden-Württemberg.

In december 2020 heeft het ministerie van Economie, Arbeid en Wonen het Healthy Air Initiative vastgesteld, een geïntegreerd advies- en onderzoeksprogramma. »Vooral kleine en middelgrote bedrijven hebben in de huidige pandemie een grote behoefte aan advies over het voorkomen van aerosolen. Met de Healthy Air Initiative willen we onze bedrijven snel en praktisch wetenschappelijk onderbouwde oplossingen voor luchtbehandeling ter voorkoming van aerosolen laten zien«, aldus ministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut.

De drie Fraunhofer-instituten uit Stuttgart, IBP, IGB en IPA, richten daarom het gezamenlijke adviescentrum voor gezonde binnenlucht op. Daar helpen ze kleine en middelgrote ondernemingen uit Baden-Württemberg bij het implementeren van ventilatieconcepten. Samen met fabrikanten beheren ze testomgevingen en voeren ze effectiviteitstests uit van luchtzuiveringstechnologieën. Daarnaast wordt in een studie onderzocht hoe mobiele en vaste ventilatiesystemen de verspreiding van infectieuze SARS-CoV-2-aerosolen beïnvloeden.

Onderzoeken naar ombouw en herontwerp van ventilatiesystemen

Oorspronkelijk werden ventilatie- en luchtzuiveringssystemen ontwikkeld om stof en muffe lucht uit binnenruimtes te filteren en frisse lucht van buiten aan te zuigen. Hoe ze zich op de verspreiding van virussen beïnvloeden, interesseerde lange tijd nauwelijks iemand. Toen kwam corona en sindsdien is duidelijk: ventilatiesystemen kunnen in combinatie met klimaattechniek de verspreiding van SARS-CoV-2 in afgesloten ruimtes bevorderen. »Hoe kouder en droger de lucht, hoe gemakkelijker het virus zich verspreidt«, zegt Dr. Udo Gommel, afdelingshoofd Automatisering en Reinheidstechniek aan het Fraunhofer IPA. »Want dan verdampen de kleine waterdruppeltjes waarin het virus kan zitten sneller, en blijven ze langer in de lucht hangen«, voegt professor Dr. Gunnar Grün, plaatsvervangend directeur van het Fraunhofer IBP, toe.

Aangezien voortdurend of vaak luchten niet alleen in de koude maanden een alternatief is, moeten bestaande ventilatie- en luchtzuiveringssystemen worden omgebouwd en anders geconstrueerd bij nieuwbouw. Maar hoe anders? En hoe precies beïnvloeden bestaande ventilatiesystemen zonder klimaattechniek de verspreiding van SARS-CoV-2? Dat wil een onderzoeksteam nu in een gezamenlijke studie achterhalen.

Ontsmetting van filters

Daarom willen de wetenschappers een overzicht krijgen: Welke vaste of mobiele ventilatieapparaten zijn op de markt beschikbaar? Hoe beïnvloeden ze de virusbelasting, deeltjes, geluidsproductie en het comfort in afgesloten ruimtes? »Onze aandacht gaat natuurlijk ook uit naar duurzame aspecten, zoals de praktische toepassing, het onderhoud en het energieverbruik van de apparaten«, zegt professor Grün. De theoretische beschouwingen leiden eerst tot simulaties en daarna tot praktische tests. Het onderzoeksteam wil met de systemen in het cleanroom van het Fraunhofer IPA, in de laboratoria van Fraunhofer IBP en IGB, of gewoon daar waar ze al zijn geïnstalleerd, experimenten uitvoeren, bijvoorbeeld in vergader- en conferentieruimtes of werkplekken. Daar simuleren en beoordelen ze samen met fabrikanten verschillende scenario’s om te zien hoe ze de aerosoldistributie in de ruimte beïnvloeden. Zo kunnen snel betrouwbare inzichten worden verkregen.

Uiteindelijk worden concrete voorstellen gedaan over hoe ventilatiesystemen moeten worden verbeterd of omgebouwd om de verspreiding van SARS-CoV-2 zo veel mogelijk te beperken. Eén ding is nu al duidelijk: »Als ventilatiesystemen ziekteverwekkers uit binnenruimtes filteren, zijn hun filters belast met virussen«, waarschuwt studieleider Gommel. »Dus kunnen de filters bijvoorbeeld worden bestraald met ultraviolet licht, waardoor de virussen worden geïnactiveerd. Omdat deze UV-straling schadelijk is voor het menselijk oog en de huid, moet de bestraling afgeschermd plaatsvinden in een speciaal ontworpen behuizing of gebied.«

Tests met modelvirussen tonen effectiviteit van luchtzuiveringstechnologieën

Parallel aan de studie richten Gommel, Grün en hun collega, professor Dr. Susanne Bailer van het Fraunhofer IGB, het adviescentrum voor gezonde binnenlucht op. Het dient kleine en middelgrote bedrijven uit Baden-Württemberg als aanspreekpunt bij alle vragen over de inrichting van binnenlucht in tijden van de pandemie. Speciaal voor fabrikanten worden geschikte testopstellingen opgezet om de effectiviteit van luchtzuiveringstechnologieën te onderzoeken. »Om zo betrouwbaar mogelijke uitspraken te kunnen doen, werken we met zogenaamde surrogaatvirussen. Deze voor de praktijk gebruikte modelvirussen lijken sterk op de nieuwe coronavirussen, maar zijn onschadelijk voor mens en milieu«, legt virus-expert Bailer uit. »Door de virussen voor en na maatregelen voor luchtzuivering te analyseren op hun activiteit en hoeveelheid, kunnen we conclusies trekken over noodzakelijke aanpassingen aan ventilatiesystemen of inactivatiestappen.« Om ook de informatiebehoefte van aanbieders en fabrikanten van ventilatie- en luchtzuiveringssystemen te dekken, delen de onderzoekers hun praktijkervaringen met deze bedrijven.

Aerosolen ook in andere levensgebieden gevaarlijk

De Healthy Air Initiative loopt een jaar en wordt gefinancierd met 2,7 miljoen euro. Bij de start vindt op 3 maart 2021 het gratis online evenement »Meet (y)our experts« plaats over het onderwerp luchtzuivering (zie informatiebox). Daar informeren de betrokken wetenschappers over hun adviescentrum en leggen uit hoe bedrijven kunnen deelnemen. In latere, vergelijkbare webinars zal het onderzoeksteam verslag uitbrengen over de nieuwe inzichten.

De onderzoeksresultaten, die begin 2022 beschikbaar zullen zijn, kunnen dienen als basis voor verdere onderzoeken. Want ook als dragers van andere infectieuze virussen en in andere levensgebieden vormen aerosolen een serieus probleem: beginnend bij luchtverontreiniging door fijnstof en stikstofoxiden in talrijke Duitse steden, via toxische dampen in vliegtuigcabines en materiaaluitstoot in gebouwen, tot giftige of geleidende deeltjes die de productie van batterijcellen verstoren. Op basis van vervolgonderzoek zou de industrie in de toekomst in staat zijn om effectieve en kostenefficiënte ventilatie- en luchtzuiveringssystemen te ontwikkelen voor brede toepassingen.