Čistění ovzduší od imisí

Fotokatalytické povrchy vytvořené s pomocí multifunkčních nátěrů PROTECTAM jsou dnes jedinou funkční, dostatečně efektivní a ekonomicky i energeticky akceptovatelnou technologií, která je využitelná pro čištění ovzduší průmyslově a dopravně zatížených oblastí. 
 
Současné technologie na čistění vzduchu od emisí u jejich zdroje dokážou snižovat vysoké koncentrace polutantů, ale nejsou schopny si poradit s velmi nízkými koncentracemi velmi nebezpečných látek a jejich malými prachovými částicemi. Možnosti dnešních technologií jsou prakticky vyčerpány a pro čistění ovzduší od imisí jsou nepoužitelné.
 
Pokrok v oblasti nanotechnologií však v současnosti nabízí novou možnost, jak zlepšit kvalitu ovzduší a významně snížit koncentrace nebezpečných imisních látek. Jedná se o novou generaci multifunkčních nátěrových hmot s mimořádně silným fotokatalytickým efektem. S pomocí těchto nátěrů lze vytvořit na zdech, střechách, mostech, protihlukových bariérách a dalších objektech vysoce oxidační fotokatalytický povrch, který dokáže účinně čistit vzduch i od velmi nízkých koncentrací organických a některých anorganických látek. Tento druh „čističky vzduchu“ má proti „standardním“ technologiím několik zásadních výhod:
  1. dokáže velmi efektivně čistit i ty nejnižší koncentrace polutantů a hravě zvládne i koncentrace mnohonásobně překračující imisní limity, likviduje volné molekuly imisních látek ale také suspendované částice PM2,5 a menší, 
  2. má dlouhodobou, teoreticky časově neomezenou funkčnost a prakticky nulové náklady na provoz a údržbu,
  3. ve venkovním prostředí ji „pohání“ denní světlo a pomáhá vítr.
Mezi látky rozložitelné fotokatalýzou patří např. oxidy dusíku, oxidy síry, oxid uhelnatý, ozón, čpavek, sirovodík, chlorované uhlovodíky, dioxiny, chlorbenzen, chlorfenol, jednoduché uhlovodíky, aromatické uhlovodíky (benzen, fenol, toluen, etylbenzen), pesticidy a také bakterie, viry, houby nebo částice mikroprachu (zejména PM2,5 a menší). Fakt, že fotokatalýza účinně rozkládá velmi širokou škálu imisních látek je znám, ověřen a prozkoumán mnoha tisíci experimentů a stovkami vědeckých studií, které byly uskutečněny od sedmdesátých let minulého století po celém světě. 
 
Praktickému využití fotokatalýzy pro čistění ovzduší však dosud bránila nízká fotokatalytická účinnost produktů, které byly dostupné na trhu. Účinnost fotokatalytických produktů uváděných na trh se pohybovala pod úrovní 4% účinnosti čistého fotokatalyzátoru. Zlom přišel v roce 2008, kdy se na trhu objevila druhá generace nátěrových hmot s fotokatalytickým efektem. Společnost Advanced Materials-JTJ s.r.o. patentovala a začala dodávat na trh nový typ nátěrových hmot (s označením FN®). Jejich účinnost se blíží účinnosti čistého fotokatalyzátoru a násobně překonává všechny předchozí produkty první generace.
          
Vysokou fotokatalytickou účinnost zajistil nový druh pojiva, které po zaschnutí vytvoří minerální nátěrovou porézní vrstvu s ukotveným fotokatalyzátorem (nanočástice TiO2) na povrchu pojiva. To je zásadní rozdíl proti fotokatalytickým nátěrových hmotách 1. generace s pojivem na bázi silikátu nebo sol-gel, které redukuje fotokatalytickou účinnost tím, že obalí drtivou většinu nanočástic TiO2 a zablokuje fotokatalytický efekt. 
Speciální minerální pojivo nátěru FN® vytvoří vysoce porózní houbovitou strukturu a na její povrch vytlačí nanočástice fotokatalyzátoru.
                                               
Jeden metr čtvereční natřené plochy FN® nátěry tak v sobě obsahuje 500 m2 fotoaktivní plochy nanočástic TiO2, na níž může probíhat fotokatalytický proces, a dosahuje účinnosti, která se přibližuje až 100 % teoretického maxima (jako čistý fotokatalyzátor) .
 
Úroveň fotokatalytické účinnosti produktu při degradaci polutantů je pro praktickou využitelnost k účinnému čistění ovzduší zcela zásadní a pro efektivní čištění vzduchu v oblastech se silnou imisní zátěží (např. Ostravsko, Praha, severní Čechy a další)  nelze použít žádný produkt, který nevykazuje účinnost degradace polutantů alespoň 25%.
 

Uveďme následující příklad. Pokud budeme uvažovat na následujícím obrázku č. 3 využití různých fotokatalytických nátěrových hmot na kruhovém území o průměru 1 km a výšce kontaminovaného sloupce vzduchu (imisemi) 300 m, jedná se o masu vzduchu o objemu 235 500 000 m3.

Obr.: objem vzduchu pro dekontaminaci v městské aglomeraci na kruhovém území o průměru 1 km

                  

Do úvahy jsou zahrnuty faktory jako jsou proudění a turbulence vzduchu, různé úrovně koncentrací imisí, největší znečistění v průmyslových a městských aglomeracích v nejnižších vrstvách atmosféry do 300 m,  typ a zdroje znečištění, velikost vhodných ploch pro vytvoření fotokatalytických povrchů na daném území a různá intenzita UV záření v závislosti na zeměpisné šířce a ročním období.

Základní otázka, kterou je nutno řešit, zní: „ Jak velkou plochu je nutno natřít fotokatalytickými nátěry s různou úrovní účinnosti, aby bylo možno z ovzduší za jeden den, v daném prostoru, odstranit všechny fotokatalyticky degradovatelné polutanty?“

Použijeme-li zjednodušený výpočet, dojdeme k zajímavým číslům: Při účinnosti produktu 5% je nutné natřít téměř 1 milion metrů čtverečních plochy (817708m2 – následující kalkulace).

V případě, že účinnost produktu je  50% (10x vyšší než v minulém případě), je nutné natřít pouze desetinu plochy, tj. necelých 100 tisíc metrů čtverečních. 

Je zřejmé, že v uvedeném případě je u nátěrových hmot s nízkou fotokatalytickou účinností nutno pro dosažení významnějšího efektu natřít tak velký rozsah ploch, že je to i v podmínkách husté městské zástavby prakticky neřešitelný právní a organizační problém, nehledě na mimořádně vysoké náklady takové operace.

Použití nátěrových hmot s fotodegradativní účinností přes 50% je však po všech stránkách proveditelné a ekonomicky úsporné. Investice do natření 82 tis. m 2 zdí, fasád, střech a mostních konstrukcí by při dnešních cenách činila přibližně 29 mil. Kč a vytvořená plocha by za jeden den vyčistila od polutantů 235,5 milionu m3 ovzduší bez jakýchkoli dalších nákladů na energie a údržbu po dobu minimálně 10 let. Na světě neexistuje žádná jiná levnější a výkonnější čistička vzduchu, než je tato plocha ošetřená fotokatalytickým nátěrem v vysokou účinností.

Zvláště efektivní je využití technologie vysoce účinných fotokatalytických nátěrů pro čištění ovzduší v kombinaci s výsadbou a údržbou stromové zeleně. Koruny stromů jsou schopny absorbovat kromě volných molekul znečišťujících látek také jemné prachové částice a navíc produkují i kyslík. Problém je, že látky, které stromy absorbují z ovzduší svými listy (nebo jehličkami) nezmizí. S opadaným listím a jehličím se dostávají do půdy a vody, kterou znečistí ... . Masové využití vysoce účinných fotokatalytických nátěrů proto snižuje koncentrace nebezpečných látek ve vzduchu, ale také v půdě a vodě, protože snižuje množství těchto látek, které absorbují rostliny.   

Možnost využití  technologie vysoce účinných  fotokatalytických nátěrů FN ®na městském mobiliáři: