Μεθοδολογία

Στην παρούσα πρόταση, ένα νέο σύστημα αποστείρωσης αέρα εσωτερικού χώρου που αναπτύχθηκε για τον καθαρισμό του αέρα με σύζευξη της υπεριώδους ακτινοβολίας με φίλτρα HEPA θα αξιολογηθεί περαιτέρω σε σχέση με την δυνατότητα διατήρησης υψηλών στάνταρ υγιεινής και ασφάλειας σε μονάδα επεξεργασίας κρέατος και παραγωγής αλλαντικών / κρεατοσκευασμάτων και παράλληλα θα βελτιωθεί μέσω της αύξησης της δυναμικότητας της και της ενσωμάτωσης κατάλληλα επιλεγμένων φωτοκαταλυτών στα φίλτρα, που αναμένεται να αυξήσουν τον ρυθμό οξείδωσης των παθογόνων κατά ορισμένες τάξεις μεγέθους (Σχ.2). Η ερευνητική προσέγγιση αναλύεται παρακάτω και εμφανίζεται σχηματικά στο Σχήμα 3

Ανάπτυξη μονάδων αποστείρωσης μεγαλύτερης δυναμικότητας. Προκειμένου να καταστεί εφικτή η αποτελεσματική επεξεργασία του αέρα στον μεγάλο εσωτερικό χώρο μιας βιομηχανικής εγκατάστασης θα ανακατασκευαστούν μονάδες αποστείρωσης με UV (ULTRAPURE UVC) με αναδιαμόρφωση τψν επιμέρους διατάξεων ώστε η δυναμικότητα επεξεργασίας αέρα να γίνει τουλάχιστον διπλάσια (800-1000 m3/hr) σε σχέση με την υπάρχουσα μονάδα (~400 m3/hr).

Βελτίωση της ποιότητας του αέρα βιομηχανίας τροφίμων. Θα κατασκευαστούν και θα εγκατασταθούν οι τροποποιημένες διατάξεις καθαρισμού αέρα σε μονάδα επεξεργασίας κρέατος της ΚΡΕΤΑ ΦΑΡΜ και θα καθορισθεί ένα πρωτόκολλο για τη συστηματική συλλογή δειγμάτων αέρα και τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης παθογόνων μέσω μικροβιολογικών αναλύσεων καθώς επίσης και για τη συνεχή παρακολούθηση της συγκέντρωσης αέριων ρύπων (CO,CO2, NOx, O3, PM1.0, PM2.5, VOCs). Θα πραγματοποιηθούν παραμετρικές αναλύσεις και μηχανικές/λειτουργικές τροποποιήσεις για τη βελτίωση της απόδοσης της μονάδας σε γενικά παθογόνα και τοξικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα τροφίμων, καθώς επίσης και για την απομάκρυνση πτητικών οργανικών συστατικών (π.χ. οσμές). Έμφαση θα δοθεί στο μήκος κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας (-C band και –B band) και στην ταχύτητα κυκλοφορίας αέρα (CADR). Για κάθε πείραμα με συγκεκριμένο μήκος κύματος ακτινοβολίας UV και συγκεκριμένη τιμή CADR, το ποσοστό μείωσης των παθογόνων σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (δηλαδή κάθε 15 λεπτά ή κάθε 30 λεπτά) θα μετράται για να ποσοτικοποιηθεί η απόκριση του συστήματος και να καθορισθούν οι άριστες συνθήκες λειτουργίας.

Μελέτες αναφοράς. Πειράματα που εκτελούνται σε επίπεδη επιφάνεια είτε καλυμμένη με φωτοκαταλύτη είτε όχι θα χρησιμοποιηθούν ως δοκιμές αναφοράς για την επιβεβαίωση της επίδρασης της ακτινοβολίας UV-B, UV-C σε γενικά παθογόνα (βακτήρια και μύκητες). Εάν τα παθογόνα απενεργοποιηθούν λόγω ακτινοβολίας UV συγκεκριμένου μήκους κύματος και έντασης ακτινοβολίας, τότε θα εκτιμηθεί το χρονικό διάστημα που απαιτείται για να συμβεί αυτό.

Επίστρωση φωτοκαταλύτη. Θα αναπτυχθούν φίλτρα WA-HEPA και ύφασμα χαλαζία επικαλυμμένα με φωτοκαταλύτη μέσω της εναπόθεσης στην επιφάνεια των υποστρωμάτων νανοσωματιδίων κατάλληλα επιλεγμένων τύπων φωτοκαταλυτών (e.g. TiO2, ZnO, Ag-ZnO). Ο μορφολογικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των υλικών θα επιτρέψει (i) την ταξινόμηση και συσχέτιση των ιδιοτήτων τους με τους ρυθμούς οξείδωσης των παθογόνων και (ii) την αξιολόγηση τυχόν παρενεργειών που προκαλούνται στη διαπερατότητα του αέρα του φίλτρου. Μετά από προκαταρκτικές δοκιμές κυρίως ως προς την σταθερή συγκράτηση του φωτοκαταλύτη στα πορώδη υποστρώματα χωρίς σημαντική μείωση της διαπερατότητας τους, τα πλέον λειτουργικά υλικά θα τοποθετηθούν στις μονάδες καθαρισμού αέρα της CRETAFARM και θα αξιολογηθούν ως προς την ικανότητα απομάκρυνσης παθογόνων χωρίς ανεπιθύμητες παρενέργειες στα χημικά χαρακτηριστικά του αέρα.

Εκτίμηση της επίδρασης κάθε στοιχείου του συστήματος στη λειτουργία της συσκευής. Η απόδοση των διαφόρων εξαρτημάτων της συσκευής θα μετρηθεί ξεχωριστά (φίλτρο WA HEPA, UV, UV/φίλτρο, UV/φίλτρο/ύφασμα χαλαζία, UV/φίλτρο/ύφασμα χαλαζία/ φωτοκαταλύτης) για την κατανόηση και την ποσοτικοποίηση των ανεξάρτητων και διαδραστικών επιδράσεων τους στη δέσμευση, οξείδωση και απομάκρυνση των διαφόρων παθογόνων (βακτήρια, μύκητες).

Επιλογή φωτοκαταλυτικών υλικών και βελτιστοποίηση διεργασιών. Η βελτιστοποίηση της απόδοσης των φωτοκαταλυτικών υλικών και η επιλογή των πιο αποδοτικών εξ αυτών θα βασιστεί σε αποτελέσματα μικροβιολογικών αναλύσεων και συγκέντρωσης αέριων ρύπων που συλλέγονται κατά τη διάρκεια λειτουργίας των συσκευών καθαρισμού στο εργοστάσιο της CRETAFARM. Τα δεδομένα θα επεξεργαστούν με υπολογιστικά εργαλεία πολυμεταβλητής στατιστικής ανάλυσης και αλγορίθμους μηχανικής μάθησης. Συγκεκριμένα, θα συσχετιστεί η σταθερότητα του προσκολλημένου καταλύτη και η ικανότητα απομάκρυνσης παθογόνων / διατήρησης διαπερατότητας φίλτρου με τον τύπο καταλύτη και τη μέθοδο εναπόθεσης με χρήση πολυμεταβλητής στατιστικής ανάλυσης. Στη συνέχεια θα αναπτυχθεί τεχνητό νευρωνικό δίκτυο για την προσομοίωση / βελτιστοποίηση της απόδοσης των διεργασιών δέσμευσης/διάσπασης παθογόνων μέσω της επεξεργασίας δεδομένων που θα συλλεγούν από τα πειράματα.

Βελτιστοποίηση απόδοσης. Με τη χρήση υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, θα μοντελοποιηθεί το καθεστώς ροής αέρα μέσα στο εργοστάσιο παραγωγής αλλαντικών της CRETAFARM ώστε να επιλεγούν οι θέσεις τοποθέτησης των συσκευών αποστείρωσης αλλά και οι παράμετροι λειτουργίας που εξασφαλίζουν τη βέλτιστη δέσμευση / αδρανοποίηση παθογόνων.

Διάδοση των αποτελεσμάτων. Τουλάχιστον τρεις (3) τεχνικές εργασίες θα παρουσιαστούν σε διεθνή συνέδρια και είτε θα δημοσιευτούν σε Πρακτικά Συνεδρίων ή θα υποβληθούν για δημοσίευση σε περιοδικά με κριτές. Τα αποτελέσματα θα αναρτώνται στην Ιστοσελίδα του έργου, θα παρουσιαστούν σε Ημερίδα και ανάλογα με τον αντίκτυπο τους πιθανώς να γίνει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, με τη συμμετοχή όλων των εμπλεκομένων.

Ωριμότητα

H αποτελεσματικότητα ως προς την απομάκρυνση του μικροβιώματος σε κλειστούς χώρους με την υπάρχουσα συσκευή ULTRAPURE UVC έχει επαληθευτεί εργαστηριακά (TRL4). Η τροποποίηση των φίλτρων HEPA και του υφάσματος νανοϊνών χαλαζία, που παρεμβάλλεται μεταξύ πηγής UV και φίλτρου, με την επίστρωση φωτοκαταλύτη που θα αυξάνει κατά τάξεις μεγέθους τον ρυθμό διάσπασης των παθογόνων χωρίς να μειώνει σημαντικά τη διαπερατότητα του αέρα φαίνεται εφαρμόσιμη αλλά ως τεχνολογία είναι ακόμη στο επίπεδο της ιδέας (TRL2). Με βάση τους στόχους του έργου, η ανάπτυξη μονάδας με υπερδιπλάσια δυναμικότητα επεξεργασίας αέρα σε συνδυασμό με την τροποποίηση ενσωμάτωσης φωτοκαταλύτη στα πορώδη υποστρώματα (φίλτρα, ύφασμα χαλαζία), ώστε να αυξηθεί ο ρυθμός διάσπασης των παθογόνων κατά μερικές τάξεις μεγέθους, αναμένεται να επαληθευτεί στο βιομηχανικό περιβάλλον μιας εταιρείας επεξεργασίας κρεάτων και παρασκευής αλλαντικών (TRL5/TRL6).

Πακέτα Εργασίας

Για την υλοποίηση του έργου, θα αξιοποιηθούν υποδομές και προσωπικό από το Παν/μιο Δυτικής Αττικής (ΠΑΔΑ) και την εταιρεία επεξεργασίας κρέατος & παρασκευής αλλαντικών ΚΡΕΤΑ ΦΑΡΜ ΑΕ (CRETA FARMS). Επιπροσθέτως στην Ερευνητική Ομάδα του ΠΑΔΑ θα συμμετέχουν δύο (2) Ερευνητές από δύο Ερευνητικά Κέντρα (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ και ΠΑΣΤΕΡ). Το πρόγραμμα εργασιών περιλαμβάνει έξη (6) Πακέτα Εργασίας όπως φαίνεται παρακάτω και στο Σχ.5 και θα έχει ημερομηνία λήξης την 31/12/2025. Πακέτο Εργασίας ΠΕ-1. Διαχείριση έργου (Μ1-Μ14) Πακέτο Εργασίας ΠΕ-2. Τροποποίηση και βελτιστοποίηση συστήματος καθαρισμού αέρα με UV-ακτινοβολία (Μ1-Μ12) Πακέτο Εργασίας ΠΕ-3. Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός φίλτρων τροποποιημένων με φωτοκαταλύτη (Μ1-Μ12) Πακέτο Εργασίας ΠΕ-4. Μέτρηση της απόδοσης καθαρισμού αέρα από παθογόνα (Μ1-Μ14) Πακέτο Εργασίας ΠΕ-5. Ανάλυση / επεξεργασία μετρήσεων και βελτιστοποίηση συσκευών αποστείρωσης (Μ3-Μ14). Πακέτο Εργασίας ΠΕ-6. Δράσεις διάδοσης & επικοινωνίας (Μ1-Μ14)

Το ΠΕ-1 αφορά την οικονομική και διοικητική διαχείριση του έργου, τη συγγραφή της ενδιάμεσης και τελικής έκθεσης προόδου, καθώς επίσης και τον συντονισμό των διαφόρων δράσεων. Στο ΠΕ-2 θα πραγματοποιηθούν όλες οι αναγκαίες τροποποιήσεις και ανασχεδιασμός του συστήματος καθαρισμού αέρα χρησιμοποιώντας διάφορες πηγές UV-B και UV-C ακτινοβολίας, σε συνδυασμό με τα διάφορα φίλτρα HEPA (με ή χωρίς φωτοκαταλυτικό υλικό) και πέτασμα χαλαζία (με ή χωρίς φωτοκαταλυτικό υλικό). Στο ΠΕ-3, θα επιλεγούν φωτοκαταλυτικά υλικά (TiO2, ZnO, Ag-ZnO), θα πραγματοποιηθεί σύνθεση και εναπόθεση φωτοκαταλυτικών σωματιδίων στην επιφάνεια του φίλτρου HEPA και πετάσματος χαλαζία με εναλλακτικές μεθόδους επίστρωσης, ενώ θα προσδιοριστούν οι μορφολογικές και φυσικοχημικές ιδιότητες των τροποποιημένων πορωδών υλικών. Στο ΠΕ-4 θα αξιολογηθούν μονάδες καθαρισμού αέρα ως προς την ικανότητα απομάκρυνσης παθογόνων οργανισμών και πτητικών ενώσεων από τους χώρους παραγωγής προϊόντων της CRETA FARMS μέσω της συνεχούς παρακολούθησης μικροβιολογικών και χημικών παραμέτρων. Στο ΠΕ-5 θα πραγματοποιηθεί πολυμεταβλητή στατιστική ανάλυση για να συσχετιστούν οι ιδιότητες των τροποποιημένων φίλτρων με τον τύπο και τη μέθοδο επίστρωσης φωτοκαταλύτη, θα αναπτυχθεί τεχνητό νευρωνικό δίκτυο προσομοίωσης της απόδοσης των μονάδων και θα βελτιστοποιηθούν η χωρική κατανομή και η λειτουργία των μονάδων με τη βοήθεια υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Στο ΠΕ-6, θα δημιουργηθεί η ιστοσελίδα του έργου, θα παρουσιαστούν αποτελέσματα του έργου σε διεθνή επιστημονικά συνέδρια και θα δημοσιευτούν σε Πρακτικά, θα δημοσιευτούν άρθρα σε έγκριτα περιοδικά, θα γίνει προβολή της μονάδας καθαρισμού στα ΜΜΕ και θα διοργανωθεί Ημερίδα.

Εξοπλισμός και μέσα που διαθέτουν

Στο Εργαστήριο του Καθ. Γ. Νικολαϊδη (ΠΑΔΑ) υπάρχει τεχνογνωσία για την κατασκευή μονάδων αποστείρωσης αέρα και όλη η υλικοτεχνική υποδομή για τον έλεγχο λειτουργίας τους. Επιπροσθέτως, στο Εργαστήριο του Δρ. Χρ. Τσακίρογλου (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ) υπάρχει τεχνογνωσία και υποδομή (π.χ. φούρνοι, διαπερατόμετρο αέρα, ποροσίμετρα, XRD, SEM) για εναπόθεση φωτοκαταλύτη σε κεραμικά υποστρώματα και προσδιορισμό μικροσκοπικών/μακροσκοπικών ιδιοτήτων καθώς επίσης και πρόσβαση σε λογισμικά (PYTHON, COMSOL) για ανάπτυξη αλγορίθμων. Στο Εργ. του Δρ. Ι. Ράμπια (Ινστιτούτο Παστέρ) υπάρχει τεχνογνωσία και υποδομή για μέτρηση του μικροβιώματος. Επιπροσθέτως, στην ΚΡΕΤΑ ΦΑΡΜ υπάρχει οργανωμένο Εργαστήριο και μακρόχρονη εμπειρία για μικροβιολογικό (Memmert Incubators, Seward-Stomacher, 3M MDS) και χημικό (FOSS – FOODSCAN, Velp Sceintifica – Kjedahl Systems, Foss-Soxhlet, Hitachi Spectrophotometer UI-5100) έλεγχο τροφίμων.

Στα πλαίσια του έργου, αφού επανασχεδαστούν, περίπου 10 νέες μονάδες αποστείρωσης αέρα, θα κατασκευαστούν σε κάποιο εξειδικευμένο μηχανουργείο και ορισμένες (~6) θα μεταφερθούν και θα εγκατασταθούν στο εργοστάσιο της ΚΡΕΤΑ ΦΑΡΜ στο Ρέθυμνο της Κρήτης για τα πιλοτικά πειράματα ελέγχου ποιότητας αέρα εσωτερικού χώρου. Οι υπόλοιπες μονάδες θα παραμείνουν στο ΠΑΔΑ για να γίνουν οι διάφορες τροποποιήσεις/δοκιμές πριν την ενσωμάτωση των τροποποιημένων υποστρωμάτων στις μονάδες του εργοστασίου.