世界初、コンサートホール規模の大空間向け殺菌システム　NICTが開発成功

情報通信研究機構(NICT)は、コンサートホール規模の大きな空間に浮遊するウイルスを、安全かつ高速に不活性化する「深紫外LED大空間殺菌システム」の開発に成功。埼玉・熊谷市の公共大型ホールに設置し、客席に人がいる状態でも安全に運用できたと11月13日に発表した。

NICTの研究チームが開発した、深紫外LED大空間殺菌システムを設置した大規模コンサートホールのイメージ

NICT 未来ICT研究所の井上振一郎室長らの研究グループは、高強度深紫外LEDの配光角を精密に制御することで、大型ホールの“上層空間のみ”に深紫外光(200〜300ナノメートル)を照射する技術を開発。熊谷文化創造館さくらめいと太陽のホール(埼玉・熊谷市)に、今回開発した深紫外LED大空間殺菌システムを設置し、客席に人がいる状態でも安全に運用できることを確認した。

深紫外LED大空間殺菌システムの概要。(a)深紫外LED照射モジュールの外観 (b)モジュール内部の構造 (c) 高強度深紫外LEDチップの拡大写真

(a)大型ホール内(垂直方向断面)の空気の流れと深紫外光の照度分布 (b)大型ホール後方壁面に設置された深紫外LED照射モジュールの写真

浮遊ウイルス(ヒトコロナウイルス)の99.9%不活性化にかかる時間を大幅に短縮できることも特徴で、水銀ランプを使った場合と比べて72%減らせるとのこと。

NICTでは、「深紫外LEDによる空間殺菌技術の安全性を飛躍的に高め、従来は困難だった大規模コンサートホールのような、大勢の人々が密閉された大空間における浮遊ウイルスの高速殺菌と安全性の両立を追求した。エアロゾル感染を介した感染拡大、感染爆発(パンデミック)の脅威から、人々の安全と健康を守る画期的な技術になると期待される」としている。

技術開発の背景と成果

ウイルスや細菌に対し、きわめて強い殺菌作用を有する光を発する深紫外LED(発光ダイオード)に高い関心が集まっている。NICTの研究グループはこれまで、高強度な深紫外LEDの研究開発とその社会実装実現に向けた取り組みを積極的に推進。深紫外LEDの単チップ当たりの世界最高出力を強化し、水銀ランプに匹敵する光出力を実証するなど、この分野をリードする成果を発表してきた。

また、NICTは東京大学医科学研究所と共同で、発光波長265ナノメートル帯の深紫外LEDが、エアロゾル中の新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)に対して高い不活性化効果を有することを、世界で初めて定量的に明らかにしたと2022年3月18日に発表している。

深紫外LEDで空間殺菌を行う場合、安全性を確保するため、人体への直接の照射を避ける運用が必要となる。

従来は、遮へいされたモジュール筐体内に深紫外LEDを搭載し、筐体内に吸引したウイルスを含む空気に対して深紫外光を照射。その後、不活性化された空気を筐体外に排出する方法で空気殺菌が行われていた。しかし、この手法ではモジュール1台当たりに吸入・排出できる流量に限界があり、大規模コンサートホールのような大空間における効率的な空気殺菌は、現実的には困難とされてきた。

大勢の人々が密閉された空間で長時間を過ごす環境でも、エアロゾル感染拡大のリスクを低減するという課題を解決するため、NICTの研究グループは深紫外LEDでコンサートホール規模の大空間の空気を安全かつ高速に殺菌する、新技術の開発に取り組んだ。

研究グループは今回、高強度深紫外LEDの配光角を精密に制御することで、深紫外光を大型ホールの上層空間のみに選択的に照射するモジュールの開発に成功。ウイルスを含む下層の空気は、ホール内に設置した送風ファンにより上層へとすばやく対流し、上層で深紫外光照射により不活性化した後、清浄な空気として再び下層へと循環する仕組みだという。

これにより、コンサート会場規模の大ホールにおいて、下層の観客席に座る人々に対する高い安全性を確保しながら、深紫外光により大空間全体を高速に殺菌するシステムを実現した。

深紫外LED照射モジュールには、殺菌効率が最も高い発光ピーク波長265ナノメートル帯の高強度深紫外LEDチップをマルチチップ実装。放物面反射鏡と組み合わせ、ワット級(1.1W)の高光出力を実現しながら、配光角の垂直方向の半値全幅(FWHM)2度というきわめて高い指向性を達成している。

高い指向性とワット級の高光出力の両立により、コンサートホール規模の長い伝搬距離においても、下層の観客席には深紫外光は当たらず、大空間の上層のみに十分な強度の深紫外光が照射されることで、従来困難であった安全かつ高速な大空間殺菌を可能にした。

公共大型ホール(容積：9,200m3)内の空気中を浮遊するウイルスの不活性化に必要な時間を評価した結果、今回開発した深紫外LED大空間殺菌システムを用いて試験用ウイルス(ヒトコロナウイルス229E)を99.9%不活性化するのにかかる時間は42分と見積もっており、水銀ランプを使った場合と比べて72%減らせることも明らかにしている。