Głęboki oddech, mimo koronawirusa

Za pomocą testu aktywności wirusa naukowcy z Fraunhofer sprawdzają, czy powietrze filtrowane przez systemy wentylacyjne nadal zawiera wirusy zakaźne i tym samym przenoszalne. © Fraunhofer IGB

Czy systemy wentylacji i oczyszczania powietrza mogą chronić przed Covid-19? Jak muszą być zaprojektowane, aby to osiągnąć? I jak powinny być tworzone koncepcje higieny i wentylacji, aby zredukować przenoszenie wirusów przez aerozole? Odpowiedzi na te pytania udziela zespół badawczy z instytutów Fraunhofer IBP, IGB i IPA w nowym centrum doradczym ds. zdrowego powietrza.

Jeszcze w grudniu 2020 roku Ministerstwo Gospodarki, Pracy i Mieszkalnictwa Badenii-Wirtembergii zatwierdziło inicjatywę Healthy Air, jako zintegrowany program doradczy i badawczy. „Przede wszystkim małe i średnie przedsiębiorstwa mają obecnie duże zapotrzebowanie na doradztwo w zakresie unikania aerozoli w czasie pandemii. Chcemy za pomocą inicjatywy Healthy Air szybko i praktycznie przedstawić naszym firmom naukowo poparte rozwiązania dotyczące wentylacji w celu zapobiegania aerozolom”, mówi ministerka dr Nicole Hoffmeister-Kraut.

Trzy instytuty Fraunhofer z Stuttgartu – IBP, IGB i IPA – tworzą wspólnie centrum doradcze dla zdrowego powietrza. Pomagają one małym i średnim przedsiębiorstwom z Badenii-Wirtembergii w realizacji koncepcji wentylacji. Wspólnie z producentami prowadzą środowiska testowe i przeprowadzają testy skuteczności technologii oczyszczania powietrza. Ponadto w ramach badania sprawdzają, jak mobilne i stałe systemy wentylacyjne wpływają na rozprzestrzenianie się infekcyjnych aerozoli SARS-CoV-2.

Badania dotyczące modernizacji i nowej konstrukcji systemów wentylacyjnych

Początkowo systemy wentylacji i oczyszczania powietrza były opracowane, aby filtrować kurz i duszne powietrze z pomieszczeń wewnętrznych oraz zasysać świeże powietrze z zewnątrz. Jak wpływają one na rozprzestrzenianie się wirusów, przez długi czas nie interesowało nikogo. Potem pojawiło się Covid-19 i od tego czasu wiadomo, że systemy wentylacyjne w połączeniu z techniką klimatyzacyjną mogą sprzyjać rozprzestrzenianiu się SARS-CoV-2 w zamkniętych pomieszczeniach. „Im chłodniejsze i suchsze powietrze, tym łatwiej wirus się rozprzestrzenia”, mówi dr Udo Gommel, kierownik działu automatyzacji i technologii czystości w Fraunhofer IPA. „Ponieważ wtedy drobne krople wodne, w których może znajdować się wirus, szybciej odparowują, a wirus unosi się dłużej w powietrzu”, dodaje profesor dr Gunnar Grün, zastępca kierownika Fraunhofer IBP.

Ponieważ ciągłe lub częste wietrzenie nie jest możliwe tylko w zimnych miesiącach, istnieje konieczność modernizacji istniejących systemów wentylacyjnych i oczyszczania powietrza oraz ich nowej konstrukcji. Ale jak inaczej? I jak dokładnie istniejące systemy wentylacyjne bez techniki klimatyzacyjnej wpływają na rozprzestrzenianie się SARS-CoV-2? To właśnie chce zbadać zespół badawczy w ramach wspólnego projektu.

Dezynfekcja filtrów

W tym celu naukowcy chcą uzyskać przegląd: Jakie stałe lub mobilne urządzenia wentylacyjne są dostępne na rynku? Jak wpływają na poziom wirusów, cząsteczek, hałas i komfort w zamkniętych pomieszczeniach? „Oczywiście zwracamy uwagę także na aspekty zrównoważone, takie jak praktyczne zastosowanie, konserwacja i zużycie energii urządzeń”, mówi profesor Grün. Rozważania teoretyczne najpierw kończą się symulacjami, a następnie testami praktycznymi. Zespół badawczy chce przeprowadzić eksperymenty z urządzeniami w komorze czystej Fraunhofer IPA, w laboratoriach Fraunhofer IBP i IGB lub tam, gdzie są już zainstalowane, na przykład w salach konferencyjnych i miejscach pracy. Tam będą symulować różne scenariusze razem z producentami i oceniać, jak wpływają one na rozkład aerozoli w pomieszczeniu. W ten sposób można szybko uzyskać wiarygodne wyniki.

Na końcu pojawią się konkretne propozycje, jak poprawić lub przebudować systemy wentylacyjne, aby jak najbardziej ograniczyć rozprzestrzenianie się SARS-CoV-2. Jedno jest już teraz jasne: „Gdy systemy wentylacyjne filtrują patogeny z pomieszczeń wewnętrznych, ich filtry są obciążone wirusami”, ostrzega kierownik badań Gommel. „Filtry można na przykład naświetlać światłem ultrafioletowym, które inaktywuje wirusy. Ponieważ to światło UV jest szkodliwe dla ludzkiego oka i skóry, musi być stosowane w osłoniętym, specjalnie zaprojektowanym obudowie lub strefie.”

Testy z modelowymi wirusami potwierdzają skuteczność technologii oczyszczania powietrza

Równolegle do badań Gommel, Grün i ich koleżanka profesor dr Susanne Bailer z Fraunhofer IGB tworzą centrum doradcze dla zdrowego powietrza. Służy ono małym i średnim przedsiębiorstwom z Badenii-Wirtembergii jako punkt kontaktowy we wszelkich kwestiach dotyczących kształtowania wentylacji w czasach pandemii. Dla producentów mają zostać zbudowane odpowiednie stanowiska testowe, aby badać skuteczność technologii oczyszczania powietrza. „Aby móc formułować jak najwiarygodniejsze wnioski, korzystamy z tzw. wirusów zastępczych. Te modelowe wirusy używane do testów są bardzo podobne do nowoczesnych koronawirusów, ale dla ludzi i środowiska są nieszkodliwe”, wyjaśnia ekspertka od wirusów Bailer. „Analizując wirusy przed i po działaniach związanych z oczyszczaniem powietrza pod kątem ich aktywności i ilości, można wyciągnąć wnioski dotyczące koniecznych modyfikacji systemów wentylacyjnych lub kroków inaktywacji.” Aby zaspokoić również potrzeby informacyjne dostawców i producentów systemów wentylacyjnych i oczyszczania powietrza, naukowcy dzielą się swoimi doświadczeniami z praktyki doradczej z tymi firmami.

Aerozole także w innych dziedzinach życia stanowią zagrożenie

Inicjatywa Healthy Air trwa rok i jest finansowana kwotą 2,7 miliona euro. Na początku 3 marca 2021 roku odbędzie się bezpłatne webinarium „Meet (y)our experts” na temat oczyszczania powietrza (patrz informacja w ramce). W jego trakcie naukowcy zaangażowani w projekt przedstawią swoje centrum doradcze i wyjaśnią, jak firmy mogą się w nie zaangażować. W późniejszych, podobnych webinariach zespół badawczy będzie informować o nowych ustaleniach.

Wyniki badań, które mają być dostępne na początku 2022 roku, mogą stanowić podstawę do dalszych analiz. Aerozole są poważnym problemem także jako nośniki innych zakaźnych wirusów i w innych dziedzinach życia: od zanieczyszczenia powietrza pyłami i tlenkami azotu w wielu niemieckich miastach, przez toksyczne opary w kabinach samolotów i emisje materiałów w budynkach, aż po toksyczne lub przewodzące cząstki, które zakłócają produkcję baterii. Na podstawie dalszych badań przemysł będzie mógł opracować skuteczne i niedrogie systemy wentylacji i oczyszczania powietrza do szerokiego zastosowania.