Duurzaamheid in de cleanroom

Energie-efficiëntie in de cleanroom is een van de drie top-thema's op de internationale vakbeurs Cleanzone. (Bron: Messe Frankfurt Exhibition/Sandra Gätke)

In de farmaceutische, biotechnologische en life sciences cleanroom staat naleving van de relevante voorschriften voorop. Maar er liggen vaak potentieel besparingen op energie en vermindering van de CO₂-uitstoot, wat onder de huidige crisisomstandigheden voor sommige bedrijven zelfs overlevingsbelangrijk kan worden. De internationale vakbeurs Cleanzone toont op 23. + 24. november 2022 in Frankfurt am Main hoe efficiëntiewinsten en reducties in de CO₂-voetafdruk kunnen worden gerealiseerd terwijl men tegelijkertijd voldoet aan overheids- en andere vaktechnische voorschriften.

Oorlog in Oekraïne, spanningen in Noord- en Verre Oosten, economische embargo’s – al deze factoren dragen bij aan de stijging van de energieprijzen en de schaarste ervan. Vooral veel bedrijven en cleanroom-beheerders worden hierdoor getroffen. Want luchtverversing en temperatuurregeling verbruiken veel energie. Daarom stijgen nu de eisen aan cleanroom-specialisten: Waar liggen mogelijkheden voor besparingen?

De dringende noodzaak: investeren in technische cleanroom-infrastructuur

Deze vraag brengt vooral in de gevoelige sectoren farmacie en biowetenschappen natuurlijke onrust teweeg, omdat hier arbeidsveiligheid en de veiligheid van processen centraal staan. Maar in de hele industrie is de afgelopen jaren niet alleen de interesse in energiebesparing en CO₂-voetafdrukreductie toegenomen, maar recent ook de bereidheid tot investeren. Optimaliseringsmaatregelen op dit gebied hoeven tegenwoordig niet meer te worden belemmerd door fundamentele bezwaren of vragen over rentabiliteit. Integendeel: zelfs onconventionele voorstellen van cleanroom-specialisten worden verwelkomd. De industrie investeert verstandig in technische infrastructuur en verwacht daarbij niet langer dat de beoogde ROI-waarde (Return on Investment) binnen iets meer dan een jaar wordt bereikt. In plaats daarvan wordt vaak een termijn van drieënhalf jaar aangehouden.

Waar liggen nu de grootste besparingspotentieel in de sector 'Farmacie en biowetenschappen'? De belangrijkste bevindingen kunnen als volgt worden samengevat: 90 procent van alle cleanrooms wordt turbulent geventileerd, en bijna altijd is de luchtverversingsgraad overschat. Een actueel voorbeeld kan dit verduidelijken:

Verlaging van de luchtverversingsgraad in een steriele productie

In de steriele productie van een geneesmiddelenfabrikant wordt voor een cleanroom van 7600 vierkante meter bij turbulente ventilatie de lucht kostbaar gefilterd, verwarmd, gekoeld, bevochtigd en ontvochtigd. Vooral wordt in een van de cleanrooms een warmteluchtsteriltunnel gebruikt. Een groot deel van de regeling wordt overgenomen door meerdere HVAC-systemen (Heating, Ventilation, Airconditioning). Centraal in de overwegingen voor energiereductie staat de vraag: Kan het volume van de per uur uitgewisselde cleanroomlucht niet ook kleiner worden gemaakt, zonder de voorschriftconforme werking te bedreigen?

Om het besparingspotentieel te bepalen, vergelijken cleanroom-experts eerst de huidige luchtverversingsgraad met de voor de steriele productie vereiste luchtverversingsgraad. Daarbij houden ze ook rekening met installaties. Want hoewel de cleanroomruimte met 7600 vierkante meter vastligt, wordt het volume van de cleanroom bijvoorbeeld verminderd door een afgesloten kast met afmetingen 1 m x 80 cm x 2 m, waardoor het totale volume wordt gereduceerd. Daardoor mag ook de toevoer van verse lucht worden verminderd. Ook worden recirculatieapparaten met stoffilters en gebieden met turbulentiearme verdringingsventilatie (TAV) meegenomen – kortweg: alle installaties die lucht in de cleanroom overstromen. Let op: deze installaties worden zelf niet verlaagd. Maar de mate waarin zij bijdragen aan de luchtverversing wordt meegerekend in de totale luchtverversingsgraad van de cleanroom. Tot nu toe is slechts een potentieel besparingspotentieel vastgesteld. In dit concrete geval gaat het om een mogelijke besparing van de toevoerlucht in klasse-D cleanrooms van ongeveer 104.000 kubieke meter per uur – bijna een derde (31%). Voor de mogelijke kostenbesparing moet altijd in gedachten worden gehouden: een reductie van de luchtverversing betekent ook dat de buitenluchtstroom kan worden verminderd. Dit leidt tot extra besparingen op thermische energie voor verwarming, koeling, bevochtiging en ontvochtiging. In het hier gepresenteerde voorbeeld resulteert de theoretische besparing in een volumestroomreductie van de toevoerlucht met 99.800 kubieke meter per uur voor alle onderzochte HVAC-systemen. De operator heeft hiervan eerst 13.000 gerealiseerd door twee HVAC-systemen om te schakelen. Het resultaat is een energiebesparing van 24 procent (HVAC nr. 1) en 31 procent (HVAC nr. 2), een vermindering van energiekosten met 60.000 euro per jaar en een CO₂-reductie van 24 ton per jaar. Ook in het algemeen geldt voor bestaande cleanrooms: waar 100-procent buitenlucht-systemen worden gebruikt, bestaat vaak de optie om deze om te bouwen naar recirculatiesystemen. Natuurlijk moeten risico’s zoals kruiscontaminatie op andere manieren worden uitgesloten dan voorheen. Elke wijziging aan de bestaande cleanroomtechniek moet worden getoetst op de impact op de kritische GMP-parameters. Het is een afweging tussen risico’s en voordelen, en daarvoor heeft de operator cleanroom-experts nodig.

Naast ventilatietechniek is het vaak ook het vochtbeheer dat leidt tot overmatig energieverbruik. De juiste tegenstrategie: in plaats van zich primair op de cleanroom en zijn specificaties te richten, moet men zich afvragen wat voor de productkwaliteit (bijvoorbeeld voor een farmaceutisch actief bestanddeel) de essentiële voorwaarden zijn. Want het product vertoont mogelijk een grotere tolerantie voor vocht dan de oorspronkelijke cleanroom-normen en -aanbevelingen deden vermoeden. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor het verminderen van energieverbruik. Over het algemeen bestaat een andere mogelijkheid tot energiebesparing altijd in warmteterugwinning.

Goede planning vanaf het begin

Zo kunnen bestaande cleanrooms worden geoptimaliseerd door herindeling op energie- en kostenbesparende wijze. Daaruit rijst automatisch de vraag: waarom niet meteen vanaf het begin de juiste inrichting kiezen?

De beschikbare tools hiervoor zijn recent uitgebreid. Eén heet BIM, Building Information Modeling. Het brengt alle disciplines al in de ontwerpfase digitaal samen, bijvoorbeeld in een cloud. De intensievere communicatie tussen alle betrokkenen betaalt zich uit in een snellere voltooiing, een energie- en kostenbesparende bedrijfsvoering vanaf het begin en verdere besparingen in het facilitair beheer gedurende de gehele exploitatie. Via een ‘digitale tweeling’ van de cleanroominstallatie, die in de ontwerpfase wordt gemaakt, kunnen later ook herbestemmingen en andere wijzigingen snel en kosteneffectief worden doorgevoerd. De aanbevelingen van de Vereniging van Duitse Ingenieurs voor de cleanroom (VDI 2552) bieden een open standaard voor BIM-projecten – open in aanpak, voldoende gestandaardiseerd voor betrouwbare resultaten. Bovendien geldt volgens het motto ‘De beste cleanroom is degene die ik helemaal niet nodig heb’: eerst nadenken of grotere machines en apparatuur überhaupt in de farmaceutische of biotechnologische cleanroom passen. Vaak is het namelijk beter om de cruciale processen te verplaatsen naar mini-omgevingen, kleine, volledig geautomatiseerde cleanrooms, en de toevoer, afvoer en dergelijke daaromheen te organiseren.

Een goede gelegenheid om meer te weten te komen over de kansen voor kostenbesparend en duurzaam beheer van cleanrooms, biedt de beurs Cleanzone op 23. + 24. november 2022 in Frankfurt am Main. Innovatieve bedrijven uit deze sector presenteren toekomstgerichte concepten voor de efficiëntie van farmaceutische en biotechnologische cleanrooms in lezingen en paneldiscussies – een trekpleister voor bezoekers.