Zijn HEPA-filters een veilige oplossing voor COVID-19?

Al sinds het uitbreken van de pandemie door het SARS-CoV-2 (Covid-19)-virus, hebben deeltjesfilters, vooral die zoals HEPA, veel aandacht gekregen in de media. Toen de luchtvaartindustrie haar veiligheidsdiscours tegen dit gevreesde virus begon te baseren op de luchtrecirculatiesystemen van de vliegtuigen, waren deze zeker uitgerust met deeltjesfilters van dit type.

Laten we bij het begin beginnen: Wat is een HEPA-filter? HEPA is het Engelse acroniem voor “High Efficiency Particulate Air” In werkelijkheid kunnen we zeggen dat HEPA-filters mechanische filters zijn met een capaciteit om kleine deeltjes te zeven met een veel hogere snelheid dan welke andere conventionele filter dan ook.

Naast de HEPA-filters kunnen we ook, daaronder, de EPA “Efficient Particulate Air” en daarboven de ULPA “Ultra Low Penetration Air” vinden. Deze drie soorten filters zijn ook bekend als “absolute filters” en worden gereguleerd door de UNE-EN 1822-1: 2020 norm.

Naast vliegtuigen worden deze filters gebruikt in operatiekamers, andere gesteriliseerde clean rooms, binnen stofzuigers, airconditioners, koelkasten, maskers, respirators en, natuurlijk, opgenomen binnen high-speed elektrische handdrogers om ervoor te zorgen dat die kleine deeltjes worden opgevangen en niet teruggeblazen in de handen van een persoon na het wassen.

Het filteren van zeer kleine deeltjes is in theorie vrij eenvoudig: we hoeven alleen maar een zeef te plaatsen met gaatjes die klein genoeg zijn om de doorgang van de deeltjes die we willen tegenhouden, te verhinderen. We zouden zelfs een zeef kunnen plaatsen zonder enig gaatje, waardoor de doorgang van elk deeltje, hoe klein ook, wordt voorkomen.

“HEPA-filters maken het mogelijk zeer kleine deeltjes tegen te houden, terwijl ze moeiteloos lucht blijven doorlaten”

Hoewel dit eenvoudig lijkt, is het in de praktijk veel complexer. Als we geen gaatjes in de zeef aanbrengen, blokkeren we weliswaar alle deeltjes, maar we blokkeren ook de hele doorgang van de lucht, waardoor deze niet meer binnen het apparaat kan recirculeren. In het geval van een stofzuiger zou dit ertoe leiden dat hij geen stofdeeltjes en vuil van de vloer kan opzuigen. In een airconditioningsysteem zou er geen recirculatie van de lucht in de kamer zijn. Een elektrische handendroger blaast geen lucht en droogt dus onze handen niet. Daarom moeten we HEPA-filters kunnen ontwerpen met gaten die klein genoeg zijn om de deeltjes die we willen tegenhouden niet door te laten, maar groot genoeg om de nodige lucht door het filter te laten stromen om het apparaat effectief en efficiënt te laten werken.

Samengevat: als de gaten te klein zijn, is er veel voor nodig om de lucht door dat filter te laten stromen. Dit is wat men head-loss of drukverlies/daling noemt: de motor probeert veel lucht te verplaatsen, maar het filter laat het niet toe. Bij HEPA-filters kunnen zeer kleine deeltjes worden tegengehouden, terwijl de lucht er moeiteloos doorheen blijft stromen.

Bij HEPA-filters is het filtermateriaal meestal geplooid, waardoor het totale filteroppervlak wordt gemaximaliseerd. Bij een FFP2- of FFP3-masker ligt het filtermateriaal op het oppervlak van het masker; bij filters die in handdrogers worden gebruikt, is het filtermateriaal gevouwen in de vorm van een accordeon. Als we het materiaal uitrekken, krijgen we een lengte van ongeveer 10 maal de grootte van het oorspronkelijke filter. Met dit overtollige materiaal kunnen we de gaten in de zeef sterk verkleinen zonder de prestaties van het handdroogapparaat aan te tasten

Hier komt nu de vraag van het jaar: Zijn deze HEPA filters in staat om deeltjes zo klein als een virus tegen te houden, en meer specifiek, het Covid-19 virus? Volgens EN-1822 moeten de filters worden getest met het deeltje met de maximale doordringingsgrootte (MPPS – Most Penetrating Particle Size). De meest kritische deeltjesgrootte (MPPS) voor elk filter ligt bij een venster dat varieert van 0,12 tot 0,25 micron. Coronavirussen zijn grote virussen (binnen het bereik van de grootte van een virus). In het geval van Covid-19 wordt de grootte geschat op 0,12 tot 0,16 micron. Gelukkig verplaatsen virussen zich niet autonoom en binden zij zich over het algemeen aan andere soorten deeltjes (vooral waterige), waaronder ademhalingsdruppeltjes, die het belangrijkste mechanisme vormen voor de overdracht van mens op mens dat in dit document van de Wereldgezondheidsorganisatie wordt beschreven. Deze respiratoire deeltjes zijn groter dan 5 micron. We zien dus dat de grootte in dit geval ver boven de minimumgrootte ligt die door een HEPA-filter wordt gefilterd (van 0,12 tot 0,25 micron) en het is hier dat de HEPA-filters echt hun werk doen: ze vangen de ademhalingsdruppeltjes (of andere deeltjes) waaraan virussen zich hebben vastgehecht en voorkomen dat ze in de passagiersruimte achterblijven, of dat nu in een vliegtuig is, in een kamer, een huis of in een openbaar toilet.

“Een HEPA H13-filter is in staat om tot 99,95% van de deeltjes met de maximale penetratiegrootte (MPPS) tegen te houden.”

Ten slotte moeten we weten welk percentage van de deeltjes het HEPA-filter in staat is tegen te houden en welk percentage van de deeltjes het filter passeert. Houd er rekening mee dat 100% filtratie onmogelijk is, maar dit type filter komt er dicht in de buurt: een HEPA H13 filter kan 99,95% van de deeltjes met de maximale doordringingsgrootte (MPPS) tegenhouden. Slechts 0,05% van de deeltjes van die grootte zijn in staat om te ontsnappen naar het filter. Als een filter in staat is dit te doen met het deeltje op maximale penetratiegrootte, met grotere deeltjes – zoals ademhalingsdeeltjes – zal het blokkeringspercentage nog hoger zijn.

Een vliegtuigventilatiesysteem, airconditioningsysteem, stofzuiger of een elektrische handdroger verplaatsen de lucht in het passagierscompartiment, maar als we deze producten voorzien van een uitzonderlijk filtersysteem, zullen we bereiken dat de overgrote meerderheid van de deeltjes die door de units worden geabsorbeerd, in het filter worden gevangen en niet terug in het passagierscompartiment terechtkomen. Wij kunnen niet zeggen dat de apparaten het virus hebben gedood, maar wij kunnen wel zeggen dat een groot deel van de deeltjes die het virus dragen zich in het filter hebben opgehoopt en daardoor uit de ruimte waar de gebruikers ademen zijn verdwenen. Daarom is een goed onderhoud van de filters van essentieel belang, vooral nu we te lijden hebben onder deze vreselijke pandemie.

Tot nu toe hebben we het gehad over filters met een hoog rendement die zeer kleine deeltjes en zelfs het overgrote deel van de virussen en bacteriën opvangen. Nu vragen we ons af: Wat als het filter in staat zou zijn om de virussen die erin gevangen zitten te elimineren? We zullen het hier zeker over hebben in ons volgende bericht… stay tuned
Antoni Travesa
Technical Office Manager bij Mediclinics S,A.