Költséghatékonyan a biotechnológiában

Az energiaárak drasztikus változása arra kényszeríti a kutatókat és kutatóintézeteket, hogy alaposan fontolják meg az ultramélyhűtők használatát. Jelenleg ezek a legnépszerűbb tárolóberendezések a biológiai minták hosszútávú tárolásához. Bizonyos típusú minták hűtésekor elegendő lehet a -40˚C és -60˚C közötti hőmérséklet, de például klinikai minták esetében a minőség hosszútávú megőrzése érdekében elengedhetetlen a minimum -70˚C és -80˚C közötti hőmérsékleten tárolás. Ennél magasabb hőmérsékleten már működésbe lépnek egyes proteázok, és a fehérjék degradációja miatt a minták fehérje-analízise nem valós értékekhez vezet. A hosszú idejű, nem megfelelő hőmérsékletű tárolás ezért visszafordíthatatlan változásokat okoz a klinikai minták minőségében, ami a kutatási eredményeket meghamisítja.

Alternatív megoldásként szóba jöhet a folyékony nitrogénes tároló használata is az ultramélyhűtők kiváltására, de ez egy bizonyos mintaszám felett olyan mértékű tárolókapacitás és a hozzá tartozó ellátó infrastruktúra kiépítését feltételezi, ami kérdésessé teszi a folyékony nitrogénes tárolás gazdaságosságát.

Az Edinburg Egyetem kutatói megvizsgálták, hogy az ultramélyhűtők működését befolyásoló egyes tényezők segítségével hogyan optimalizálható ezen berendezések működése a minta minőségének megőrzése és a gazdaságos üzemeltetés érdekében.

Méréseik során megvizsgálták:

• az üzemi hőmérséklet változásának hatását
• az ajtónyitások hatását
• és a felmelegedési időt  

Energiafogyasztás különböző üzemi hőmérsékleteken

A mérésekből jól látható, hogy a -70˚C körüli hőmérsékleten drasztikus eltérések mutatkoznak már pár fokos hőmérséklet eltérés esetén is. Meglepő módon egy ULT fagyasztó -70˚C helyett -80 °C-on történő üzemeltetése közel harmadával megnövelheti az energiafogyasztás mértékét. Ez különösen számottevő éves költséggel jár olyan nagyobb kutatóintézetek vagy egyetemek esetében, ahol több tíz, vagy esetenként százas nagyságrendű ultramélyhűtőt üzemeltetnek.

Ugyanakkor bizonyos esetekben, amikor szigorúbb előírásoknak kell eleget tenni, például biobankok vagy biotechnológiai cégek esetében, és elengedhetetlen a tartalék berendezés párhuzamos működtetése, elegendő lehet a magasabb üzemi hőmérséklet fenntartása. Ez a gondolkodásmód lehetővé teszi, hogy 40% energiát tudjunk megtakarítani.

Az ajtó nyitási idejének hatása a belső hőmérsékletre

Érdekes, nemvárt következtetéseket láthatunk az ajtónyitásokkal kapcsolatban. Nemcsak arra kell odafigyelnünk, hogy mennyi ideig tartjuk nyitva az ultramélyhűtőnk ajtaját, de az is fontos szempont, hogy a gyakran mozgó mintáink a hűtő alsó vagy felső polcán helyezkednek el. Egy-egy átgondolatlan ajtónyitás, ajtó nyitva tartás 4-5, de esetenként 10˚C-os hőmérséklet emelkedést is okozhat az ultramélyhűtő belsejében. 

Felmelegedési sebesség

Egy váratlan áramszünet vagy a hűtőkompresszor hirtelen meghibásodása esetén nem mindegy, hogy mennyi idő áll rendelkezésre a hiba detektálására és a minták átmentésére. Általában elmondható, hogy alacsonyabb üzemi hőmérséklet több időt biztosít, hogy kimenekítsük mintáinkat. De a felmelegedési időre hatással van a minták hűtőn belüli elhelyezkedése, és nem mindegy az sem, hogy üres hűtőről vagy egy tárolórekeszekkel megtöltött ultramélyhűtőről van szó.

Összefoglalva elmondható, hogy a legegyszerűbbnek tűnő üzemi hőmérséklet beállítás mellett több olyan üzemeltetési gyakorlat létezik – minta berakás és kivétel átgondolása és megszervezése, az ajtónyitás hossza, minta elhelyezése hűtőn belül, tárolórekeszek elhelyezése -, ami jelentős hatással van az ULT-fagyasztók energiafogyasztására. 

Az ultramélyhűtők működési hőmérsékletének emelésével az előnyök mellet számolni kell azzal a negatív hatással, hogy meghibásodás vagy áramszünet esetén gyorsabban eléri a kritikus hőmérsékletet a hűtő. Azonban megfelelő backup és felügyeleti eszközökkel biztosítható a hűtők védelme. A többszörös központi CO2 backup hatékonyan biztosítja a hideget órákon keresztül. A megfelelően beállított felügyeleti rendszer azonnal küld értesítést és gyors intézkedést tesz lehetővé a készenléti ügyelet számára.

Forrás: https://www.ed.ac.uk/files/atoms/files/efficient_ult_freezer_storage.pdf