Il Progetto

Titolo: SANIFI-COV: Sanificazione dell’aria e delle superfici dal virus SARS-CoV-2 con metodi a basso impatto ambientale

Acronimo: SANIFI-COV

Durata: 6 months

Contributo della Rgione Emilia Romagna: € 101,600

Contributo dell'Univesità di Bologna: € 18,400

Responsabile Scientifico: Prof. Andrea Contin

Obiettivi:

La sanificazione delle superfici di lavoro è un elemento indispensabile per permettere la ripresa in condizioni di sicurezza delle attività produttive e dei servizi dopo il lockdown legato alla pandemia del virus SARS-CoV-2. Gli attuali metodi di decontaminazione che prevedono l’impiego di disinfettanti producono inquinamento provocando, ad es. danni ai sistemi di depurazione delle acque.
L'obiettivo del progetto SANIFI-COV è di sviluppare un sistema per il riscaldamento dell’aria combinato con l’emissione di ozono e la successiva depurazione dell’aria con un filtro a carboni attivi e un modulo UV-fotocatalitico. La soluzione si applica a tutti gli ambienti di lavoro in cui è possibile mantenere una temperatura di circa 50°C per un tempo valutabile in meno di due ore ed emettere ozono in aria quando i locali non sono occupati.
Il progetto verificherà sperimentalmente la capacità del sistema di distruggere il virus tramite analisi molecolari. La verifica avverrà su diverse superfici ottimizzando le quantità di calore e di ozono immesse nei locali, anche ai fini di una riduzione del dispendio energetico.
I risultati aspettati dal progetto SANIFI-COV sono gli schemi costruttivi del sistema di sanificazione e i relativi protocolli applicativi.

Il progetto propone lo sviluppo di una procedura di sanificazione degli ambienti mediante la combinazione di tecnologie esistenti adattandole ai fini del trattamento dell’aria e di superfici di lavoro per la distruzione del virus SARS-CoV-2 (denominato anche COVID-19). La soluzione proposta dal progetto SANIFI-COV è articolata su due modalità operative: 

• riscaldamento degli ambienti e immissione di ozono per il trattamento dell’aria e delle superfici quando i locali non sono utilizzati e/o presidiati;
• trattamento dell’aria tramite filtrazione in continuo durante l’orario di lavoro in presenza di persone. 

La soluzione proposta si applica a tutti gli ambienti chiusi non presidiati 24 ore su 24, dove è possibile mantenere una temperatura di circa 50°C per una o due ore ed emettere ozono nell’aria. Sono potenzialmente idonei locali adibiti ad attività commerciali, quelli destinati all’edilizia scolastica e ospedaliera, ambienti industriali, locali ausiliari, uffici e mezzi di trasporto collettivo. La soluzione proposta è a basso impatto ambientale in quanto non produce rifiuti, non impiega sostanze chimiche potenzialmente pericolose per le persone e l’ambiente e neutralizza l’ozono residuo. 

Le soluzioni tecnologiche sviluppate dal progetto e le metodologie applicative proposte, innovative rispetto alle procedure attuali (Istituto Superiore di Sanità, Rapporto ISS COVID-19 n. 5/2020, "Indicazioni ad interim per la prevenzione e gestione degli ambienti indoor in relazione alla trasmissione dell’infezione da virus SARS-CoV-2"), sono in grado di ridurre il rischio di contaminazione e garantire la sicurezza delle persone sui luoghi di lavoro.

Sebbene esistano metodi efficaci di decontaminazione delle superfici che prevedono l’impiego di disinfettanti è necessario che tutte le superfici vengano raggiunte da tali sostanze e questo non è facilmente realizzabile e/o prevede l'impiego di personale dedicato. Inoltre, in alcuni ambienti di lavoro sono presenti strumentazioni o componenti elettrici ed elettronici che possono essere rovinati o danneggiati da umidità, ipoclorito di sodio, acqua ossigenata o disinfettanti, e nel caso di specifiche attività produttive (ad esempio aziende di produzioni alimentari) l’uso di prodotti chimici potrebbe generare problematiche di contaminazione nei prodotti finiti. Inoltre, l’ipoclorito di sodio, è altamente irritante per le mucose e quindi i locali necessitano di aerazione dopo la sanificazione. Infine, i residui che finiscono nei collettori di scarico possono causare malfunzionamenti e sovraccarico negli impianti biologici di depurazione delle acque reflue. 

È quindi necessario sviluppare metodi alternativi che possano essere applicati in assenza di persone negli ambienti, ma che permettano l’uso degli ambienti stessi in tempi brevi dopo la sanificazione, evitando l’inquinamento con sostanze residue dannose.

I principi innovativi alla base di SANIFI-COV sono:

1)   la dimostrata capacità di distruzione del virus quando esposto ad una temperatura di 56 °C per 30-90 minuti;

2)   la combinazione sinergica di calore e ozono per la sanificazione.

In aggiunta a questi principi di base SANIFI-COV intende dimostrare la sanificazione di ambienti di lavoro attraverso:

3)   l’uso di un modulo UV fotocatalitico integrato con un filtro a carboni attivi per la rimozione del virus e dei potenziali vettori come particolato e droplet;

4)  la rimozione dell’ozono residuo attraverso filtri con carboni attivi.  

Nel punto 1) si fa riferimento agli studi sul virus della SARS nel 2003 (Duan et al. Stability of SARS Coronavirus in Human Specimens and Environment and Its Sensitivity to Heating and UV Irradiation (2003), Biomedical and Environmental Sciences 16, 246-255) e ai recenti studi sul SARS-CoV-2 (Yang, P., Wang, X. COVID-19: a new challenge for human beings. Cell Mol Immunol (2020), doi: 10.1038/s41423-020-0407-x), che confermano che il metodo più comunemente utilizzato in laboratorio per inattivare SARS-CoV-2 è l’esposizione delle superfici su cui è presente il virus ad una temperatura di 56 °C per un tempo compreso tra 30 e 90 minuti.

Il sistema di generazione del calore consiste in uno o più aerotermi elettrici, in dipendenza della potenza elettrica richiesta sulla base delle volumetrie interessate. L’utilizzo di un’unità filtrante mediante carboni attivi, associata all’aerotermo, permette la rimozione del particolato su cui può aderire il virus. L’unità filtrante può essere utilizzata anche negli orari di lavoro e viene disinfettata nella fase di riscaldamento degli ambienti. In ogni caso può essere facilmente sostituita, smaltita e/o rigenerata. 

In aggiunta all’utilizzo di calore, SANIFI-COV intende impiegare ozono gassoso per ridurre la carica virale e batterica in quanto il gas diffonde arrivando in ogni punto dell’ambiente. Come per il calore, si tratta di una tecnologia di sanificazione da utilizzare in assenza di persone nell’ambiente trattato, per via delle concentrazioni di ozono non compatibili con l’esposizione dei lavoratori/utenti della struttura. L’ozono viene immesso negli ambienti prima della fase di riscaldamento e poi rimosso, mediante il filtro a carboni attivi. L’utilizzo dell’ozono ha lo scopo di limitare da una parte la necessità di innalzamento della temperatura dell’aria nei locali trattati, limitando allo stesso tempo l’impiego di ozono rispetto a sistemi basati solamente su quest’ultimo.

Con lo scopo di testare un ulteriore miglioramento delle prestazioni di sanificazione, verrà integrato al sistema anche un modulo UV fotocatalitico per verificare la inattivazione del virus (Han W, et al (2004) The inactivation effect of photocatalytic titanium apatite filter on SARS virus. Prog Biochem Biophys 31(11):982– 985) e la distruzione di particolato/aerosol. Infatti, negli ambienti di lavoro eventuali contaminazioni virali potrebbero persistere nel particolato in sospensione e nei droplet (Setti L, et al. 2020 Position Paper - Relazione circa l’effetto dell’inquinamento da particolato atmosferico e la diffusione di virus nella popolazione).

Il progetto vuole quindi realizzare una sinergia tra calore, ozono, carbone attivo e fotocatalisi-UV integrati in un sistema che abbia costi accessibili e possa essere proposto come soluzione acquistabile o noleggiabile dall'utente finale o che possa essere proposta da aziende specializzate in operazioni di sanificazione. La sinergia tra questa sistemi è da intendersi sia come effetto sanificante cumulativo nei confronti del virus, sia come interoperabilità dei sistemi che possono permettere diverse modalità operative. Infatti, i sistemi a fotocatalisi-UV e carboni attivi possono operare anche quando negli ambienti di lavoro sono presenti persone e catturare e/o inattivare particolato e droplet, mentre la disinfezione delle superfici ad opera di ozono e calore può avvenire tramite procedure automatizzate in assenza di persone esposte.

L’efficacia delle strategie di sanificazione impiegate verrà testata utilizzando analisi molecolari per la rilevazione di virus/ceppi di test con tamponi effettuati sulle superfici prima e dopo il trattamento o da campioni ambientali di aria. In particolare, saranno utilizzati:

1. Il sequenziamento massivo ad alta resa (Next Generation Sequencing, NGS), che permette il sequenziamento dell’intera popolazione di acidi nucleici presenti nel campione testato, generando una fotografia globale dei microrganismi presenti. I protocolli e le sonde molecolari sono già disponibili e ampiamente testati (Rampelli et al., Retrospective Search for SARS-CoV-2 in Human Faecal Metagenomes (March 19, 2020).

2. La PCR quantitativa real time, che è l’attuale metodica di analisi per la sorveglianza sanitaria ed è considerata il metodo più affidabile per rilevare anche concentrazioni molto basse dell’RNA virale perché permette una specifica rilevazione mediante l’amplificazione e la quantificazione della presenza di geni marker che caratterizzano il genoma del virus. Per esempio, per il SARS-CoV-2 quattro geni caratterizzano il genoma: 3 geni codificanti per 3 proteine del nucleocapside (N1-3) e un gene codificante una proteina envelope (E). La metodologia e i protocolli utilizzati sono quelli indicati dall’OMS (OMS, 2019. https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/technical-guidance/laboratory-guidance) e già impiegati per analisi di campioni ambientali (Medema G, et al. Presence of SARS-Coronavirus-2 in sewage. medRxiv 2020.03.29.20045880).

 I risultati aspettati dal progetto SANIFI-COV sono gli schemi costruttivi del sistema di sanificazione e i protocolli applicativi in termini di: a) quantità di ozono da utilizzare; b) tempi per il raggiungimento della temperatura negli ambienti da sanificare; c) durata del tempo di riscaldamento in assenza di personale attivo nei locali; d) capacità filtrante necessaria all’eliminazione dell’ozono; e) capacità filtrante necessaria con presenza di personale attivo nei locali.

L’inattivazione/distruzione eseguita tramite calore combinata con l’uso mirato di ozono, è potenzialmente una tecnica che comporta bassissimi rischi operativi, costi di acquisto e di esercizio molto bassi e tempi di intervento limitati a qualche ora.

Il progetto prevede un’attività per il trasferimento dei risultati adattando prodotti e tecnologie già esistenti per una veloce introduzione nei canali commerciali. È possibile ipotizzare che questo tipo di sanificazione venga eseguita, come installazione fissa, oppure, in alternativa, a intervalli di tempo ottimali da aziende specializzate come accade attualmente in molini e pastifici che richiedono l’intervento a ditte esterne.

Pur essendo di natura trasversale rispetto ai sistemi produttivi, il progetto risponde agli obiettivi del Clust-ER Energia e Sviluppo sulla riduzione degli impatti antropici e agli obiettivi del Clust-ER Salute e Benessere sulla progettazione condivisa.