Jako ultravioletno zračenje razlaže mnoge organske materijale kroz spor prirodan proces. Fotokatalizatori ubrzavaju ovaj proces i, kao i druge vrste katalizatora, podstiču hemijsku transformaciju a da pri tom nisu apsorbovani niti promenjeni usled ove reakcije.
Kada se koriste na ili u betonskoj konstrukciji, fotokatalizatori razlažu organske materijale koji oblažu površinu. Organska jedinjenja na koje utiču fotokatalizatori obuhvataju prljavštinu (čađ, garež, ulja i čestice), biološke organizme (buđ, alge, bakterije i alergene), zagađivače vazduha (formaldehid i benzen, duvanski dim, azotne i sumporne okside koji igraju značajnu ulogu u nastanku smoga), i čak hemikalije neprijatnog mirisa. Katalizovana jedinjenja razlažu se na kiseonik, ugljen-dioksid, vodu, sulfate, nitrate i druge molekule koji ili imaju pozitivan ili relativno benigan uticaj na okruženje. Većina neorganskih zagađivača i mrlja, uključujući i rđu, ne katalizuju se.
U ovom laboratorijskom testu, organska boja je naneta na kermički panel i onda izložena sunčevim zracima pošto je prethodno na jednom delu tretirana fotokatalizatorom.
Boja počinje da bledi skoro momentalno na tretiranoj strani i, nekoliko sati kasnije, skoro je u potpunosti nestala.
Proizvode katalitičke reakcije lako je ukloniti sa tretirane površine zato što ta površina postaje hidrofilna (izraz koji znači koji voli vodu). Hidrofilna površina sprečava vlagu da stvori barice koje mogu zaprljati površinu privlačenjem i zadržavanjem prljavštine koja će prošarati površinu. Umesto toga, vlaga formira tanak film preko površine koji sprečava prijanjanje prljavštine. Kiša ili jednostavno ispiranje lako otklanjanju nečistoću. Rezultat: zgrada ili konstrukcija ostaju čistije i lepše.
Oglas
Pored vizuelnih dobrobiti, druge osobine fotokatalizatora mogle bi biti i važnije. Koriste se za prečišćavanje vode, borbu protiv bolesti smanjenjem opsega širenja klica i produžavanjem roka trajanja voća smanjivanjem koncetracije etilena (gasa koji je povezan sa sazrevanjem voća) u distributivnim centrima. Takođe, koriste se kako bi se smanjilo zagađenje vazduha. U jednom istraživanju, fotokatalitički kolovoz je razgradio 15% azot-oksida iz automobila i što je efikasnije nego da je zasađeno drveće pored puta. Drugi zastupnici nove tehnologije sugerišu da bi kvalitet vazduha u gradovima mogao biti za 80% čistiji kada bi sve ulice, trotoari i spoljne površi zgrada bili tretirani, što je optimistička procena pri kojoj se ne uzima u razmatranje ugljen-dioksid.
Japan i EU već koriste novu tehnologiju
Iako se istraživanja još uvek dovršavaju, ima dovoljno poverenja u sposobnost fotokatalizatora da prečiste vazduh te se već koriste u Japanu kako bi se zagađeni gradovi kao što je Tokio učinili boljim za život ljudi. Mitsubishi Materials Group proizvodi Noxer – fotokatalizatorske betonske ploče za popločavanje. Japanski proizvođač Toto proizvodi tretirane keramičke pločice i Hydrotect Color Coat, obojeni fotokatalitički premaz na bazi vode. Možete čak učiniti vazduh u svom domu ili kancelariji lakšim za disanje pomoću fotokatalitički tretiranog buketa cveća.
Fotokatalizatori se koriste u Japanu da bi se popločane površine održale čistim i da bi se smanjio efekat zagađenja vazduha.
Pored toga što razlažu hemikalije koje doprinose zagađenju vazduha, fotokatalitički proizvodi navodno imaju i druga pozitivna delovanja na životnu sredinu. Samočistećem betonu neće biti potrebni rastvarači koji se trenutno koriste da bi se očistile zgrade, te će se tako eliminisati još jedan izvor zagađenja. Štaviše, ovakav beton će reflektovati više svetlosti, redukujući na taj način skupljanje toplote povezano sa urbanim toplotnim ostrvima. Ovo bi moglo da pomogne da naši gradovi tokom toplih godišnjih doba ostanu hladniji. To takođe može smanjiti formiranje smoga pošto se hemijske reakcije koje stvaraju smog povećavaju sa povećanjem temperature.
Evropa je dom glavnog izložbenog mesta fotokatalitičke tehnologije, Crkve Jubileja (Dio Padre Misericordioso) u Rimu, koja je završena 2003. godine. Veliku konstrukciju projektovala je nagrađivana međunarodna arhitektonska firma Richard Meier & Partners Architects LLP. Kompozicija koju čini 256 prefabrikovanih prednapregnutih betonskih elemenata spojenih u povijena bela jedra koja se uzdižu do 26m u nebo, izaziva strahopoštovanje.
Očekuje se da će blistavi beli beton Crkve Jubileja u Rimu
dugo ostati čist zahvaljujući fotokatalizatorima
Projekat je izgrađen pomoću TX Millennium, belog portland cementa sa fotokatalitičkim dodatkom koji proizvodi Italcementi Group. Agregat od drobljenog belog mermera takođe je upotrebljen kako bi beton bio sjajno beo. Kao tehnički sponzor projekta, Italcementi Group procenjuje da je 12.000 sati utrošeno na razvoj i testiranje novog cementa kako bi se osiguralo da je fotokatalitički materijal kompatibilan sa betonom i da će zaista održati objekat čistim tokom hiljadugodišnjeg veka trajanja koji je uzet kao kriterijum projekta.
Primena nove tehnologije u Severnoj Americi
Američka podružnica Italcementi Group, Essroc uvodi ovu tehnologiju na severnoameričko tržište sa osnovnim fokusom na industriju prefabrikovanog betona. Direktor marketinga preduzeća, Pol Bat (Paul Batt), takođe vidi velike mogućnosti za ovu tehnologiju za primenu kod livenog na mestu i drugih vrsta betona. Međutim, široki spektar uslova i materijala koji utiču na beton zahtevaju „individualan pristup svakom slučaju kako bi bili sigurni da su svi faktori koji utiču na uspeh fotokatalitičkog betona uzeti u obzir“, kaže Bat.
|
Kada su građene dve skulpture na novom mostu (I-35W St. Anthony Falls Bridge) u Mineapolisu, odlučeno je da se koristi fotokatalitički beton koji je isporučilo preduzeće Cemstone. Skulpture su oblikovane tako da izgledaju kao međunarodni kartografski simbol za vodu visok 9m.
U Severnoj Americi ovo je bi prvi slučaj upotrebe betona koji odstranjuje zagađivače iz vazduha. (Izvor: www.concreteconstruction.net) |
Green Millennium, sa druge strane, već prodaje fotokatalitičke materijale na bazi vode u SAD-u. Pronalaženje načina da se fotokatalitički materijal stavi u vodenu osnovu bilo je važno otkriće jer se organska veziva koja se koriste sa drugim vrstama premaza razlažu u kontaktu sa fotokatalizatorima.
U novijem istraživanju, soba u velikom hotelu u Las Vegasu tretirana je i zatim je izmereno smanjenje mirisa duvana i drugih neprijatnih mirisa veće od 30%. Proizvođač tvrdi da bi rezultati bili još bolji kad bi tokom dana hotel držao drapere otvorenim.
Proizvod Green Millennium-a već je korišćen na betonu u Japanu, ali preduzeće još nije zvanično predstavilo tehnologiju betonskoj industriji u Severnoj Americi. Pa ipak, materijal je dostupan. Direktor marketinga Džordž Ceng (George Tseng) kaže da se proizvod može naneti sa HPLV (High Volume Low Pressure) raspršivačem i tipom sa dijametrom 0,3 do 0,8mm kako bi se stvorila fina magla za tanak i ujednačen premaz na površini. Pored novogradnje, on vidi mogućnost ogromne potražnje proizvoda za tretiranje postojećih zgrada i kaže da je kompanija planirala da ponudi programe obuke za distributere i izvođače.
Nanotehnologija
Katalitički sastojak u svim ovim proizvodima jeste titanijum dioksid. (TiO2). Titanijum dioksid se koristi kao beli pigment u bojama, plastici, kozmetici i u mnogim drugim proizvodima. Da bi postao fotokatalitičan potrebno je delovati na materijal kako bi se stvorile izuzetno fine nano čestice sa izmenjenom atomskom strukturom. Na nano nivou, ovaj novi tip titanijuma prolazi kroz kvantnu transformaciju i postaje poluprovodnik. Aktiviran energijom svetlosti, TiO2 stvara separaciju naboja elektrona. Elektroni se rasprše po površini fotokatalizatora i reaguju sa spoljnim supstancama, izazivajući hemijske redukcije i oksidacije i stvarajući hidroksilne radikale koji deluju kao snažni oksidanti koji razlažu organska jedinjenja.
Fotokatalitički titanijum oksid reaguje pod UV zracima i ubrzava razgradnju organskih čestica i zagađivača u vazduhu kao što je azot oksid (NOx).
Neophodnost novih istraživanja i suda vremena
Opsežna istraživanja fotokatalizatora sprovode se širom sveta, i jednog dana će se možda pokazati kao neprocenjiv deo palete konstruktivnog betona. U međuvremenu, Dejvid Šefard (David Shepherd) direktor Održivog razvoja u Udruženju portland cementa (Portland Cement Association), opisuje tehnologiju kao „intresantan laboratorijski eksperiment. Moramo još dosta učiti o njoj pre nego što je proglasimo velikim otkrićem za betonske konstrukcije.“
Pre nego što materijali počnu da se sa sigurnošću naširoko koriste, moraju se razviti standardi industrije i testovi duge izloženosti – u raznolikim sredinama i betonskim mešavinama - moraju se sprovesti da bi se odredili najbolji količinski odnosi i tehnike aplikacije, kompatibilnost sa dodacima, trajnost i uticaj tretmana, ako ni na šta drugo, ono bar na trajnost konstrukcija. Na primer, da li će hidrofilan efekat fotokatalizatora privući vlagu u beton tako da ubrza koroziju betona i dovede do pogoršanja ciklusa odmrzavanja i zamrzavanja? I, čak ako proizvođač fotokatalizatora tvrdi da je njegov proizvod kompatibilan sa zaptivačima i premazima, ko će garantovati da će ovi materijali prijanjati na tretirani beton?
Konvencionalni sastojak pigmenta TiO2 je inertna supstanca sa prihvatljivim toksikološkim rizicima i rizicima za okruženje. Početni pokazatelji su da će nanotehnološki oblici TiO2 takođe biti prihvatljivi, ali opravdana opreznost nalaže da se sačekaju dalja istraživanja. Istraživači otkrivaju nove fotokatalizatore koji deluju pod vidljivim svetlom i obećavaju još efikasnije katalizatore. Povećavanje kapaciteta proizvodnje dovešće do smanjenja trokova proizvodnje. Pored toga, nove primene fotokatalizatori nalaze u tekstilnoj industriji, proizvodima za ličnu higijenu i drugim svakodnevnim proizvodima: na primer, u Japanu može da se kupi antibakterijski fotokatalitički donji veš. Šta će se desiti kada se zbog široke upotrebe fotokatalizatora nakupe hemikalije u životnoj sredini?
Fotokatalitički materijali koji se zakopaju nisu izloženi svetlosti i ne razlažu organski materijal. Šta će se desiti kada se jedinjenja iz zemlje prenesu na hranu i vodu koje će ljudi i druge vrste jesti? Šta bi se moglo dogoditi ako dođu do plitkih delova mora i počnu da razlažu mikroorganizme kojima se hrani ekosistem okeana? Ovi problemi moraju se rešavati jer katalizatori ne slabe zahvaljujući reakcijama koje pokreću, oni nastavljaju da utiču na okolinu dugo nakon što je prošao razlog njihove primene. Čekujući dalja istraživanja i sud vremena na osnovu dugotrajnije primene, lako uočljive dobrobiti za okolinu ove nove tehnologije moraju biti upoređene sa mogućim i nepoznatim rizicima.
Linkovi:
