Ruimtes desinfecteren met UV licht en fotokatalyse

2 manieren om UV licht te gebruiken om pathogenen te bestrijden: UVC en UVA

Pathogenen kunnen niet overleven in een omgeving waar UVC verlichting heeft geschenen. UVC licht wordt daarom al geruime tijd gebruikt om ruimtes te desinfecteren, bijvoorbeeld operatiekamers. De hoeveelheid UVC licht die nodig is om te desinfecteren is echter ook schadelijk voor mensen. Daarom zijn er beperkingen aan deze manier van desinfecteren.

UVA licht is in combinatie van een coating met een katalysator als titanium dioxide (hierna TiO2) ook geschikt om ruimtes en oppervlaktes te desinfecteren. Dit proces wordt fotokatalyse genoemd. UVA licht komt ook voor in het zonlicht dat de aarde bereikt. In de hele kleine hoeveelheden die nodig zijn om te ontsmetten is UVA niet schadelijk voor mensen. Dat maakt dat fotokatalyse, de combi van UVA en een coating makkelijker is toe te passen.

Pathogenen in de lucht en op oppervlakten

Virussen zijn een pathogeen. Pathogenen zijn ziekteverwekkers van biologische oorsprong ofwel micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en niet-organische deeltjes zoals virussen. Bekende virussen zijn het griepvirus, SARS-virus, mazelenvirus en het coronavirus (COVID-19). Virussen kunnen zichzelf niet vermenigvuldigen, hier hebben ze namelijk een drager voor nodig. Dat kunnen mensen of dieren zijn.

Verspreiding van de ene drager op de andere verloopt gaat vaak via stof- of waterdeeltjes (aerosolen) die zich in de lucht kunnen verplaatsen. Stofdeeltjes en aerosolen slaan neer op oppervlakken. Afhankelijk van het oppervlak en het materiaal kan een oppervlak 3 tot 28 dagen een risico op besmetting vormen. Daarom is het belangrijk om oppervlakken vaak te reinigen en zo snel mogelijk je handen te wassen als je iets hebt vastgepakt dat ook door anderen wordt aangeraakt.

Hogere kans op besmetting in de winter

’s Winters zijn er meer vochtdeeltjes in de lucht. Dit komt omdat de temperatuur lager is, waardoor vocht sneller condenseert. Dit zorgt ervoor dat er ’s winters meer besmettingen zijn dan in de zomer. De griepgolf komt ook altijd wanneer de temperaturen dalen.

Welke reinigingsmethoden zijn het effectiefst?

Nu zijn er diverse technieken om lucht en oppervlakken te reinigen of te ontdoen van pathogenen. We noemen er een aantal:

• Schoonmaken van oppervlakken, dit is relatief eenvoudig en op zich effectief. Maar pathogenen kunnen in de lucht blijven hangen en als er mensen de ruimte in komen kunnen er altijd weer nieuwe bronnen van besmetting ontstaan.
• Lucht zuiveren. Dit kan o.a. met zogenaamde HEPA filters in luchtbehandelingssystemen. Ook zijn er apparaten om de lucht op verschillende manieren te reinigen: elektrostatisch reinigen, reinigen met behulp van Ozon, UV-straling of ionisatie.
• UVC verlichting.
• Fotokatalyse, een combinatie van UVA licht met een katalysator, YellowBee levert als katalysator bijvoorbeeld een spray (coating) met Titanium dioxide nanodeeltjes.
• Sterilisatie.

In de illustratie hieronder worden desinfectiemethodes gerangschikt op effectiviteit. Sterilisatie is de meest effectieve methode maar niet altijd toe te passen om praktische redenen en in het geval van sterilisatie ook vaak niet wenselijk. Fotokatalyse is een relatief recent ontstane manier van desinfecteren die - op de juiste manier toegepast - weinig nadelen heeft en bijzonder effectief is. UVC wordt al heel veel gebruikt. Enerzijds in luchtzuiveringsapparaten of -installaties, anderzijds ook direct om bijvoorbeeld instrumenten te ontsmetten of bepaalde ruimtes. Het nadeel van UVC is dat het niet kan worden gebruikt terwijl er in een ruimte mensen aanwezig zijn.

[tekst loopt door onder de illustratie]

Desinfectie effectiviteits pyramide

Hierna gaan we in op het gebruik van UV licht om ruimtes te desinfecteren, enerzijds UVC en UVA op zichzelf, daarna gaan we in op de combinatie van UVA en een katalysator (fotokatalyse, in het Engels: photocatalysis). 

Virussen bestrijden met licht

Wanneer we pathogenen, waaronder het coronavirus COVID-19, willen bestrijden met licht, kan dat alleen met UV licht.

UV licht is voor het menselijk oog niet zichtbaar en kan, afhankelijk van de hoeveelheid, schadelijk zijn voor mens en dier.

We onderscheiden 3 soorten UV licht:

1. UV A met een golflengte van 320-420 nm
2. UV B met een golflengte van 280-320 nm
3. UV C met een golflengte van 100-280 nm

Hoe kleiner de golflengte, hoe gevaarlijker voor de mens. Denk hierbij aan röntgen- of aan gammastraling. Als de golflengtes langer worden, wordt het licht steeds veiliger. Gewoon licht of geluidsgolven zijn niet gevaarlijk voor mens en dier.

Virussen bestrijden met UVC-licht

Het reinigen met UVC licht bestaat al lang. Het wordt gebruikt om water te reinigen, medische instrumenten te desinfecteren en organismen te doden in luchtbehandelingssystemen.

Het onzichtbare UVC licht is echter schadelijk voor mens en dier. Het komt in de natuur ook niet voor en het wekt reacties op die ook onze cellen beschadigen. Blootstelling van slechts enkele seconden aan UVC is al schadelijk. Wanneer we UVC als reinigingstechniek gebruiken, mogen er dus geen mensen of dieren in de ruimte aanwezig zijn of de UVC lamp moet worden aangebracht in een luchtzuiveringsapparaat of -systeem zodanig dat niemand wordt blootgesteld aan het licht.

Het reinigen moet regelmatig gebeuren

Met UVC reiniging kunnen we snel en effectief de pathogenen en dus virussen in de lucht bestrijden en gedeeltelijk op oppervlakken. Maar wanneer er na het reinigen van de lucht weer mensen in deze ruimte komen, komen er ook weer nieuwe pathogenen binnen. De besmette deeltjes, stof en aerosolen, blijven neerslaan op oppervlakken. Bacteriën en ziektekiemen zullen zich weer kunnen vermenigvuldigen en virussen slaan weer neer op oppervlakten, waar ze afhankelijk van het materiaal voor kortere of langere tijd voor besmetting kunnen zorgen.

Het is zaak om regelmatig ieder hoekje in de ruimte aan te lichten met UVC licht. Als delen van een ruimte niet worden belicht met UVC worden deze ook niet gedesinfecteerd en blijft het pathogeen aanwezig.

Desinfectie met UVC licht kan worden gedaan met een mobiele UVC desinfectie unit die gedurende enige tijd in een ruimte worden geplaatst om deze te ontsmetten. Dergelijke apparaten zijn vaak zo gemaakt dat ze vanzelf afslaan als er beweging wordt gedetecteerd en ook als na een vooraf ingestelde tijd de ruimte is ontsmet is. Op deze manier wordt het risico gereduceerd dat mensen aan het schadelijke UVC licht worden blootgesteld.

Het is ook mogelijk om de desinfectie van een ruimte te doen met een luchtzuiverend UVC LEDpaneel, dat kan worden geplaatst in een systeemplafond of dat pendelend kan worden opgehangen. Daarmee wordt doorlopend lucht aangezogen, gereinigd met UVC verlichting en weer terug de ruimte in geblazen. Het paneel is zo gemaakt dat het UVC licht nooit in de ruimte schijnt. Het is verstandig installatie en vervanging door een specialist te laten doen om ieder risico te vermijden.

Reinigen met UVA-licht

UVA licht ontvangen wij via het dagelijkse zonlicht en is het minst schadelijk van alle UV-straling. UVA licht is voor 5% aanwezig in zonlicht. Bij helder zomerweer zouden we buitenshuis blootstaan aan 50W/m2 UVA-straling, waar we onder andere bruin van worden en ons lichaam produceert er vitamine D mee. De gemiddelde UVA-straling die je zou oplopen als je een dag buiten bent is rond de 15W/m2. Deze straling is zo laag dat er geen enkel gevaar voor onze ogen of gezondheid ontstaat als we hier dagenlang aan blootgesteld worden.

UVA is minder krachtig qua desinfectie dan UVC, maar daardoor is het ook niet zo schadelijk voor de gezondheid van mens en dier.

UVA plus een katalysator: fotokatalyse

Bovendien is er ook een combinatie van twee technieken mogelijk die samen nog veel effectiever is dan UVC. Dit is een techniek die fotokatalyse wordt genoemd. Bij fotokatalyse wordt er UVA licht gebruikt en een katalysator. YellowBee levert bijvoorbeeld een coating die de katalysator Titanium dioxide (TiO2) bevat. Het UVA licht schijnt op de coating met TiO2 en samen zorgen deze voor effectieve desinfectie. Er zijn ook andere stoffen die als katalysator kunnen worden gebruikt maar er moet wel steeds goed worden gekeken naar eventuele schadelijkheid van de stoffen voor mens en dier en uiteraard naar effectiviteit en kosten. Naar Titanium dioxide is al veel onderzoek gedaan omdat het al heel veel wordt gebruikt.

Wat is Titanium dioxide (TiO2) en hoe werkt het in samenhang met UVA?

TiO2 is de negende meest voorkomende grondstof op aarde. Het is een inert wit poeder dat er als cement uitziet en gebruikt wordt in duizenden producten; voornamelijk als kleurstof en witmaker in papier, tandpasta, cosmetica en voedselindustrie. De EU goedkeuring als kleurstoftoevoeging is E171.

De TiO2 kristalstructuur komt in diverse vormen voor, zoals amorf, rutiel of anastasis en hebben een uiteenlopend effect op de fotokatalyse. Hoe groter het totaaloppervlak van TiO2, hoe beter de werking. Het grootste oppervlak krijg je als je deze stof bijna op moleculair niveau weet te splitsen. Het is nu mogelijk om deze stof op te delen in nano-deeltjes, tot wel 0,000.000.001 meter. Er is maar één producent die er tot nu toe in is geslaagd TiO2 nano-deeltjes te maken; alle andere fabrikanten komen niet verder dan micro deeltjes die veel minder effectief zijn.

Er is al door allerlei instanties heel kritisch gekeken naar de eventuele risico’s van nano-TiO2, in Europa is deze stof als hulpstof bekend als E171. De EU deed een re-evaluatie in 2016 en kwam opnieuw tot de conclusie dat er geen gevaar bij consumptie is, ook niet als de stof wordt gebruikt in de vorm van microscopisch kleine deeltjes (nanodeeltjes). De EU heeft namelijk bij de herevaluatie ook gekeken naar mogelijke risico’s bij inademing van nanodeeltjes in de longen.

Dit betekent dat er geen gevaar bestaat voor gezondheid bij fotokatalyse, als er gebruik wordt gemaakt van beide genoemde elementen, UVA enerzijds en TiO2 in een spray die kan worden gebruikt om een coating op oppervlaktes aan te brengen.

Het gebruik van TiO2 als desinfectiemiddel

Om deze deeltjes gelijkmatig te verdelen over een groot oppervlak worden ze in water gemengd waarna ze als spray verneveld kunnen worden op oppervlakken. Onderzoek heeft aangetoond dat spray met een concentratie kleiner dan 1,4% TiO2 al heel effectief is. Deze oplossing wordt door de EC dus als volstrekt ongevaarlijk beschouwd. 

Deze TiO2 film zorgt al voor een effectieve fotokatalyse als het door een UVA lamp wordt aangelicht die een duizendmaal lagere UV intensiteit heeft dan de gemiddelde zonnestraling op een dag (15 W/m2). Dus bij 0,015 W/m2 is de titaandioxide film al effectief en schakelt het alle pathogenen uit. De ultradunne TiO2 film die onzichtbaar aangebracht kan worden en op ieder oppervlak, blijft jarenlang haar werk doen.

TiO2 is de beste oplossing voor desinfectie en preventie

De TiO2 film zorgt onder UVA licht voor effectieve desinfectie van bacteriën, ziektekiemen, schimmels en door virus vervuilde oppervlakken. Deze katalysator raakt nooit op - een katalysator is per definitie een stof die niet 'op' gaat bij de chemische reactie die ze ontketent - en zal alleen door slijtage kunnen verminderen. Dus op plaatsen waar slijtage te verwachten is (bijvoorbeeld een deurknop of trapleuning die steeds weer wordt aangeraakt) moet de coating zo nu en dan opnieuw worden aangebracht.

In tegenstelling tot UVC licht kan men altijd in de ruimte, wachtkamer, klaslokaal, kantoor, school of supermarkt verblijven bij de combinatie UVA verlichting met TiO2. Het is niet nadelig voor de gezondheid en daarmee een goedkope en doeltreffende manier van ontsmetting van bijvoorbeeld COVID-19 virus.

Fotokatalyse is een natuurlijk proces dat overal in de vrije natuur voorkomt vergelijkbaar met fotosynthese bij planten waar CO2 en water met lichtenergie, zuurstof en koolhydraten zoals glucose gemaakt wordt.

Mogelijkheden toepassing UVA + TiO2 coating

YellowBee Nederland organiseert een aantal pilot projecten bij en met opdrachtgevers. Het gaat steeds om projecten waar de combinatie van UVA en een coating met TiO2 eigenlijk voor de hand ligt. We noemen een aantal voorbeelden van situaties waar de UVA - TiO2 combinatie naar onze mening heel logisch is:

• zorginstellingen, gezondheidszorg, ouderenzorg: recepties, algemene ruimtes, wachtkamers, behandelruimtes, toiletten en badkamers
• professionele behandelaars zoals tandartsen, fysiotherapeuten etc.: wachtruimtes, behandelruimtes, toiletten
• kantoren en overig zakelijke gebouwen: recepties, wachtruimtes van kantoren en werkruimtes, toiletten

Voor de pilots bekijken we met opdrachtgevers op welke plaatsen een logisch begin kan worden gemaakt met de toepassing van fotokatalyse. Een pilot zal normaal gesproken als volgt verlopen:

1. We bekijken welke combinatie het meest effectief is één of meer ruimtes continu te desinfecteren. Daarbij kunnen verschillende mogelijkheden uit ons assortiment toegepast die gebruik maken van UVC en UVA, het laatste al of niet in combinatie met de spray met nanodeeltjes Titanium dioxide.
2. We kiezen één of meer ruimtes waar we een begin kunnen maken om bewijs te leveren dat e.e.a. werkt en om te laten zien hoe het werkt en hoe het eruit ziet.
3. We installeren in een of enkele ruimtes de gekozen oplossing(en).
4. Als fotokatalyse onderdeel is van de gekozen oplossingen (en dat zal vaak het geval zijn) brengen we de coating aan met Titanium dioxide nanodeeltjes. We testen op het moment verschillende manieren van vernevelen van de spray.
5. We meten de resultaten met en zonder gebruik van de verlichting en rapporteren hierover.
6. Als er bewijsbaar goede resultaten worden behaald kunnen meer ruimtes worden aangepakt.

Meer informatie over resultaten pilotprojecten

• Heeft u belangstelling om op de hoogte te worden gesteld van de pilotprojecten en de resultaten? Neem dan contact met ons. U kunt ook aangeven dat u zelf belangstelling heeft voor een pilotproject in uw gebouw of kantoor.
• Bekijk de publicatie van de herevaluatie door de EU van het gebruik van E171 (Titanium dioxide) als additief in o.a. voedingsmiddelen.
• Zie de illustraties hieronder waarin e.e.a. wordt uitgelegd over UV licht en over de effectiviteit van verschillende desinfectiemethodes.