A luz ultravioleta inativa os germes na água potável. Até agora, o processo de desinfecção dependia de lâmpadas de vapor de mercúrio, que emitem luz no espectro UV. Contudo, o mercúrio é um metal pesado que afeta a saúde humana e o meio ambiente. Os pesquisadores da Fraunhofer estão investigando uma alternativa mais ecológica e eficiente, que usa LEDs UV para destruir o DNA bacteriano. A tecnologia também é adequada para desinfetar a água de fermentação e para desinfetar as tampas de cerveja engarrafada, Refrigerantes, e água mineral durante o processo de envase.

O verão é a hora do jardim da cerveja. Para garantir água limpa para cerveja de alta qualidade, as empresas cervejeiras costumam instalar sistemas ultravioleta (UV) a montante de seus equipamentos de cerveja, com o objetivo de manter a água potável livre de germes. A luz ultravioleta é usada porque é muito eficaz para matar bactérias, vírus e germes. Seu material genético (DNA) é destruído pelos raios ultravioleta. A água da infusão é desinfetada bombeando-a através de tubos de aço inoxidável nos quais foram instaladas lâmpadas ultravioleta. A luz ultravioleta com comprimento de onda de 265 nanômetros é especialmente adequada para essa tarefa. Até agora, esta luz UV foi gerada usando lâmpadas de vapor de mercúrio, que emitem luz a 254 nanômetros. Contudo, o mercúrio é um metal pesado que agride o meio ambiente. Pesquisadores da filial de Tecnologia de Sistema Avançada (AST) do Instituto Fraunhofer de Optrônica, Tecnologias de sistema e exploração de imagem IOSB em Ilmenau, em colaboração com o parceiro de projeto PURION GmbH, deseja substituir as lâmpadas convencionais contendo mercúrio por diodos emissores de luz ultravioleta (LEDs UV). Com sede na cidade alemã de Zella-Mehlis, a empresa fabrica sistemas de desinfecção UV para purificação de água. A tecnologia é usada em refrigeradores de água, por exemplo, mas também para guardar recipientes de bebidas, como barris, garrafas e latas sem germes.

LEDs UV-C que danificam as células

"As lâmpadas convencionais de vapor de mercúrio emitem luz a 254 nanômetros. Como isso está abaixo do comprimento de onda ideal de 265 nanômetros, o desempenho de desinfecção não é ideal, "diz Thomas Westerhoff, cientista do Fraunhofer IOSB-AST. Outras desvantagens dessas lâmpadas são suas longas fases de aquecimento, sua curta vida útil e o fato de que eles não podem ser implantados de forma flexível devido ao seu design volumoso. "Por estas razões, preferimos LEDs UV, que emitem em um comprimento de onda máximo de 265 nanômetros. De particular interesse são os LEDs UV-C, porque sua radiação destrói o DNA dos patógenos com muito mais eficácia. Os raios ultravioleta geram ressonâncias nos ácidos nucléicos do DNA e quebram as ligações das moléculas abertas. Isso muda os núcleos das células dos microrganismos de uma forma que impossibilita a divisão celular. Consequentemente, os patógenos não podem mais se multiplicar. "

Design flexível e altamente estável, fontes de radiação UV sem mercúrio

Em contraste com as lâmpadas de vapor de mercúrio problemáticas, Os LEDs UV não requerem nenhuma fase de aquecimento - eles atingem a potência total instantaneamente. Além disso, eles oferecem alta estabilidade mecânica, não são tóxicos e podem funcionar em baixa tensão. Outra vantagem é que os LEDs são holofotes. Em virtude de seu padrão de radiação, eles oferecem uma ampla gama de possibilidades de design. Westerhoff e sua equipe da Fraunhofer IOSB-AST são responsáveis ​​pelo design dos módulos de LED, respondendo a perguntas como:"Como as geometrias devem ser estruturadas?", "Qual é o layout ideal dos arrays para um caso de uso específico?", "Quantos LEDs são necessários?" e "Como as fontes pontuais com diferentes comprimentos de onda devem ser organizadas no módulo?"

Após vários testes práticos, os pesquisadores agora são capazes de operar os LEDs UV diretamente na água, sem a necessidade de um tubo para envolvê-los. Assim, eles eliminam reflexos para aumentar ainda mais o rendimento de desempenho das fontes de radiação. Para o parceiro industrial PURION GmbH, os especialistas da Fraunhofer IOSB-AST desenvolveram um módulo especial que pode desinfetar o interior das tampas de cerveja durante o processo de produção, antes que as garrafas sejam enchidas com cerveja. Isso garante que nenhum germe entre nas garrafas durante o processo de produção. "Somos capazes de irradiar a superfície interna das tampas com uma potência UV de quatro watts. Fazer isso com lâmpadas de vapor de mercúrio em uma superfície tão pequena é quase impossível, "diz o engenheiro.

A nova tecnologia é altamente versátil, e graças ao seu pequeno tamanho e alta intensidade de radiação, os LEDs UV-C também podem ser usados ​​em dispositivos médicos, a fim de esterilizar líquidos, superfícies e áreas de difícil acesso de maneira direcionada. Endoscópios e sondas ultrassônicas, por exemplo, pode ser desinfetado com eficiência usando arranjos de LED especialmente configurados, apesar das geometrias de irradiação complexas. O Fraunhofer IOSB-AST também oferece sua experiência a clientes interessados ​​no setor de engenharia médica no projeto de fontes de radiação UV-C baseadas em LED e na simulação e otimização do campo de irradiação.