Zrównoważony rozwój w pomieszczeniach czystych

Efektywność energetyczna w czystym pomieszczeniu jest jednym z trzech głównych tematów na międzynarodowych targach Cleanzone. (Źródło: Messe Frankfurt Exhibition/Sandra Gätke) / Energy efficiency in the cleanroom is one of the three top themes at the international trade fair Cleanzone. (Source: Messe Frankfurt Exhibition/Sandra Gätke)

W czystych pomieszczeniach w branży farmaceutycznej, biotechnologicznej i nauk o życiu najważniejsze jest przestrzeganie odpowiednich wymagań. Jednak często istnieje potencjał do oszczędności energii i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla, co w obecnych kryzysowych warunkach może nawet okazać się kluczowe dla przetrwania niektórych przedsiębiorstw. Międzynarodowe targi Cleanzone pokażą 23. i 24. listopada 2022 roku we Frankfurcie nad Menem, jak można osiągnąć zyski w efektywności i redukcję śladu CO2 przy jednoczesnym spełnianiu wymogów urzędowych i branżowych.

Konflikt na Ukrainie, napięcia na Bliskim i Dalekim Wschodzie, embarga gospodarcze – wszystko to przyczynia się do podwyższenia cen i ograniczenia dostępności energii. Dotyczy to szczególnie wielu przedsiębiorstw i operatorów czystych pomieszczeń. Ponieważ wymiana powietrza i jego temperaturowa regulacja pochłaniają dużo energii, rosną obecnie wymagania wobec specjalistów od czystych pomieszczeń: Gdzie można znaleźć możliwości oszczędności?

Obowiązek chwili: inwestycje w infrastrukturę techniczną czystych pomieszczeń

To pytanie wywołuje naturalne niepokoje, zwłaszcza w wrażliwych obszarach farmacji i nauk biologicznych, ponieważ tutaj priorytetem jest ochrona pracy i bezpieczeństwo procesów. Jednak w całym przemyśle w ostatnich latach nie tylko zwiększyło się zainteresowanie oszczędzaniem energii i redukcją śladu CO2, ale także gotowość do inwestowania. Optymalizacje w tym zakresie nie muszą już napotykać na podstawowe obawy ani kwestie rentowności. Wręcz przeciwnie: nawet niekonwencjonalne propozycje od specjalistów od czystych pomieszczeń są mile widziane. Przemysł inwestuje mądrze w infrastrukturę techniczną i nie oczekuje już, że osiągnie zakładany zwrot z inwestycji (ROI) w nieco ponad rok. Zamiast tego często zakłada się okres do trzech i pół roku.

Gdzie jednak leżą największe potencjały oszczędności w obszarze „farmacja i nauki biologiczne”? Kluczowe wnioski można sformułować następująco: 90 procent wszystkich czystych pomieszczeń jest wentylowanych turbulencyjnie, a prawie zawsze współczynnik wymiany powietrza jest nadmierny. Aktualny przykład może to zilustrować:

Obniżenie wymiany powietrza w produkcji sterylnej

W produkcji sterylnej firmy farmaceutycznej, dla powierzchni czystego pomieszczenia 7600 metrów kwadratowych, powietrze jest starannie filtrowane, ogrzewane, chłodzone, nawilżane i odwilżane w turbulencyjnej wentylacji. Szczególnie w jednym z pomieszczeń działa tunel do sterylizacji powietrzem. Większość regulacji kontrolują kilka systemów HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja). Głównym pytaniem przy rozważaniach o oszczędnościach energetycznych jest: czy objętość wymienianego powietrza w czystym pomieszczeniu na godzinę nie może być mniejsza, bez zagrożenia dla zgodnej z przepisami pracy?

Aby oszacować potencjał oszczędności, eksperci od czystych pomieszczeń najpierw porównują obecną wymianę powietrza z wymogami dla produkcji sterylnej. Uwzględniają przy tym również elementy zabudowy. Chociaż powierzchnia czystego pomieszczenia wynosi 7600 m², to objętość pomieszczenia może zostać zmniejszona, na przykład o 1,6 m² przez zamkniętą szafę o wymiarach 1 m x 80 cm x 2 m. W związku z tym można również zmniejszyć ilość doprowadzanego powietrza. Uwzględnia się także urządzenia recyrkulacyjne z filtrami pyłowymi i obszary z turbulentnym przepływem wypierającym (TAV) – krótko: wszystkie instalacje, z których powietrze jest nadmuchiwane do czystego pomieszczenia. Uwaga: te urządzenia same nie są obniżane. Jednak stopień, w jakim przyczyniają się one do wymiany powietrza, jest wliczany do ogólnej wskaźnika wymiany powietrza w czystym pomieszczeniu. Do tej pory wyliczono jedynie potencjał oszczędności. W konkretnym przypadku chodzi o możliwą redukcję dopływu powietrza w klasie D czystych pomieszczeń o około 104 000 m³ na godzinę – prawie jedna trzecia (31%). Przy obliczeniach oszczędności kosztów należy zawsze pamiętać, że redukcja wymiany powietrza oznacza również możliwość zmniejszenia dopływu powietrza z zewnątrz. To z kolei pozwala zaoszczędzić energię na ogrzewanie, chłodzenie, nawilżanie i odwilżanie. W przedstawionym przykładzie teoretyczna redukcja objętości dopływu powietrza we wszystkich rozważanych systemach HVAC wynosi 99.800 m³ na godzinę. Na początku operator zrealizował 13.000 m³, zmieniając ustawienia dwóch systemów HVAC. Efektem jest oszczędność energii na poziomie 24 procent (HVAC nr 1) i 31 procent (HVAC nr 2), zmniejszenie kosztów energii o 60.000 euro rocznie oraz redukcja emisji CO₂ o 24 tony rocznie. Również ogólnie dla istniejących czystych pomieszczeń: tam, gdzie stosuje się systemy z 100-procentowym dopływem powietrza z zewnątrz, często można je przekształcić w systemy recyrkulacji. Oczywiście, ryzyko np. skażenia krzyżowego musi być wówczas wykluczone w inny sposób niż dotychczas. Każda zmiana w istniejącej technologii czystego pomieszczenia musi być sprawdzona pod kątem wpływu na kluczowe parametry GMP. To wymaga wyważenia ryzyka i korzyści, a do tego potrzebni są eksperci od czystych pomieszczeń.

Oprócz techniki wentylacyjnej często to właśnie zarządzanie wilgotnością powoduje nadmierne zużycie energii. Odpowiednia strategia: zamiast skupiać się głównie na czystym pomieszczeniu i jego specyfikacjach, warto zapytać, jakie warunki są kluczowe dla jakości produktu (np. dla substancji czynnej farmaceutyku). Ponieważ produkt może mieć większą tolerancję na wilgotność, niż wynikałoby to z pierwotnych norm i zaleceń dotyczących czystych pomieszczeń, co otwiera nowe możliwości redukcji zużycia energii. Ogólnie rzecz biorąc, kolejną możliwością oszczędzania energii jest odzysk ciepła.

Poprawne planowanie od początku

W ten sposób można optymalizować istniejące czyste pomieszczenia poprzez ich odpowiednie dostosowanie pod względem rozmiaru, co pozwala na oszczędności energii i kosztów. Pojawia się więc naturalne pytanie: dlaczego nie zadbać o właściwe projektowanie już na początku?

Najnowsze narzędzia wspomagające to proces projektowania znacznie się rozwinęły. Jedno z nich nazywa się BIM, Building Information Modeling. Umożliwia ono cyfrowe połączenie wszystkich branż już na etapie planowania, na przykład w chmurze. Intensywniejsza komunikacja między wszystkimi zaangażowanymi stronami przekłada się na szybsze ukończenie projektu, a także na efektywniejszą pod względem energii i kosztów pracę od samego początku, a także na dalsze oszczędności w zarządzaniu obiektem przez cały okres użytkowania. Dzięki „cyfrowemu bliźniakowi” systemu czystego pomieszczenia, tworzonymu na etapie planowania, można później szybko i tanio przeprowadzić zmiany i adaptacje. Zalecenia Niemieckiego Stowarzyszenia Inżynierów ds. Czystych Pomieszczeń (VDI 2552) zapewniają dla projektów BIM otwarty standard – otwarty w podejściu, wystarczająco ustandaryzowany, by zapewnić wiarygodne wyniki. Ponadto, zgodnie z zasadą „Najlepsze czyste pomieszczenie to takie, którego nie potrzebuję”, warto najpierw rozważyć, czy większe maszyny i urządzenia w ogóle pasują do czystego pomieszczenia farmaceutycznego lub biotechnologicznego. Często lepszym rozwiązaniem jest przeniesienie kluczowych procesów do małych, w pełni zrobotyzowanych czystych pomieszczeń, a dopływ i odprowadzanie substancji organizować wokół nich.

Dobrym sposobem na poznanie możliwości oszczędności i zrównoważonego funkcjonowania czystych pomieszczeń jest udział w targach Cleanzone, które odbędą się 23. i 24. listopada 2022 roku we Frankfurcie nad Menem. Innowacyjne firmy z tej branży zaprezentują przyszłościowe koncepcje zwiększające efektywność czystych pomieszczeń farmaceutycznych i biotechnologicznych podczas prelekcji i dyskusji panelowych – to przyciąga wielu odwiedzających.