La fotocatálisis una aliado contra la contaminación

Definición de fotocatálisis

El Diccionario de la Real Academia de la Lengua define el término fotocatálisis como “aumento de la velocidad de una reacción química por efecto de la luz o de otras formas de energía radiante”.

Podemos explicar la fotocatálisis como una reacción química en la que interviene una fuente de luz o radiación y un catalizador que acelera la reacción. Estas reacciones pueden ser tanto de oxidación de compuestos orgánicos, como de reducción de iones inorgánicos y otros compuestos orgánicos.

Para entenderlo más fácilmente, se suele poner el ejemplo de la fotosíntesis de las plantas.

En la fotosíntesis, las plantas utilizan la energía de la luz solar para transformar el dióxido de carbono del ambiente en nutrientes y en oxígeno que expulsan al exterior. Por ello, las plantas y árboles se dice que son los pulmones verdes de la Tierra.

Este mismo proceso de transformación se produce mediante la fotocatálisis. Con la diferencia, que en este mecanismo interviene un catalizador que aumenta la velocidad de la reacción.

Generalmente, se utiliza como catalizador el dióxido de titanio, por su bajo coste y por que es muy fácil de obtener.

¿Quién descubrió la fotocatálisis?

El descubrimiento de este proceso químico es relativamente reciente y se sigue investigando hoy día su utilidad para luchar contra la contaminación y como desinfectante.

Fue en 1967 cuando Fujishima y Honda descubrieron la fotólisis del agua o el fenómeno de la descomposición fotocatalítica del agua. Conocido como el efecto Honda-Fujishima.

Este descubrimiento sentó las bases para seguir investigando sobre la capacidad de los catalizadores como el dióxido de titanio para descontaminar e higienizar.

Qué interviene en el proceso de fotocatálisis

En este proceso químico interviene la luz solar que se transforma en energía química gracias a la presencia de un catalizador. Durante este proceso se producen tanto reacciones de oxidación como de reducción.

A continuación vemos el papel de cada una de las partes que intervienen en el proceso fotocatalítico.

Un fotocatalizador

Es un material semiconductor que actúa acelerando la velocidad de las reacciones químicas de oxidación.

El más utilizado es el dióxido de titanio (TiO2) por su bajo coste y su capacidad para mineralizar los contaminantes y no generar otras sustancias nocivas.

Un oxidante

Se utiliza el oxígeno para que el fotocatalizador pueda oxidarse y realizar su función dentro de la reacción química.

Un elemento que suministra electrones

Se necesita este elemento químico para que se obtengan los electrones necesarios para la reacción química y permitan la oxidación de los contaminantes.

Radiación o luz solar

Es necesario una fuente de luz, ya sea natural o artificial, para que el fotocatalizador pueda acelerar la velocidad de la reacción.

¿Cuáles son los dos tipos de catálisis que ocupa el reactor Fotocatalítico?

Existen dos tipos de catálisis que puede generar un reactor fotocatalítico. Estos son: fotocatálisis homogénea y fotocatálisis heterogénea.

¿Qué es la fotocatálisis homogénea?

En la fotocatálisis homogénea, los reactivos y los fotocatalizadores existen en la misma fase.

¿Qué es la fotocatálisis heterogénea?

La fotocatálisis heterogénea tiene el catalizador en una fase diferente de los reactivos. Este tipo de fotocatálisis es una disciplina que incluye una gran variedad de reacciones.

¿Para qué sirve la fotocatálisis?

Como decimos, el descubrimiento de la fotocatálisis es muy reciente, por lo que aún se siguen investigando sus posibles usos y aplicaciones.

En el Libro Blanco de la Fotocatálisis, elaborado por la Asociación Ibérica de la Fotocatálisis se nombran algunas de sus principales aplicaciones y sus beneficios.

Fotocatálisis para descontaminar el aire

Este proceso químico es capaz de eliminar del ambiente una gran cantidad de contaminantes como: NOx, SOx, compuestos orgánicos volátiles (VOCs), CO, metil mercaptano, formaldehído, compuestos orgánicos clorados, compuestos polis aromáticos…

Pero no solo pueden eliminar contaminantes, también puede usarse para desinfectar el ambiente.

El uso del fotocatalizador dióxido de titanio permite mineralizar las sustancias contaminantes. De este modo, el aire o la lluvia en caso de ambientes de exterior se encarga de que estos minerales desaparezcan.

Además, como se señala en el Libro Blanco, no solo permite la descontaminación del aire interior y exterior. También mediante la fotocatálisis se consigue “la eliminación de olores, eliminación del etileno formado en almacenes de frutas y verduras, remediación de suelos por desorción, reducción del polen, etc”.

Es muy útil, por tanto, para combatir malos olores en espacios cerrados como pueden ser habitaciones de fumadores, aparcamiento, cocinas, restaurantes, bares, cuartos de basura en edificios. A lo que hay que sumar la capacidad de los materiales fotocatálicos para «reducir la capacidad de formación de moho y algas, y también como bactericida, en espacios interiores comunes, tales como centros sanitarios, las oficinas o el propio hogar».

En esta publicación se resalta que una de «las características de la fotocatálisis mediante TiO2 y luz ultravioleta es su inespecificidad, lo que significa que puede eliminar un amplio abanico de contaminantes atmosféricos, particularmente orgánicos. Ello se debe a la capacidad oxidante de los radicales formados durante el proceso que, en principio, son capaces de atacar a cualquier compuesto orgánico, aunque en
la práctica unos son más resistentes a este ataque que otros».

Para tratamiento de aguas

La fotocatálisis es una forma de depurar y desintoxicar el agua. Por lo que puede ser muy útil para potabilizar aguas y conseguir obtener un mayor beneficio de las reservas de agua del planeta.

Para conseguir materiales con grandes beneficios

Entre ellos la fotocatálisis aplicada a pavimentos, fachadas, cubiertas, telas (para toldos de viviendas y protección de obras de rehabilitación de fachadas), islas fotocatalíticas, y materiales auto-limpiables, autoesterilizables, efecto biocida, o anti-vaho (anti-fogging) o anti-reflejos (anti-reflecting).

La Asociación Ibérica de Fotocatálisis señala que «las aplicaciones en interiores están basadas en la capacidad de descomposición que tiene la tecnología fotocatalítica sobre la materia orgánica. Este efecto es el que evita la adherencia de la suciedad (orgánica) sobre los paramentos verticales en interiores y exteriores, de manera que permiten mantener la estética del material fotocatalítico aplicado a lo largo del tiempo, en comparación con un material convencional, disminuyendo, por tanto, los costes de conservación y mantenimiento (demora en el tiempo las campañas de limpieza- normalmente costosa por el uso de andamios colgados – o repintados)».

Por tanto, el efecto autolimpiante de las superficies fotocatálicas reduce de forma considerable el presupuesto y el tiempo que se ha de emplear en la limpieza y mantenimiento.

Aplicaciones en el ámbito sanitario

Tal y como se indica en el Libro Blanco de la Fotocatálisis, «existe la posibilidad de incorporar un material fotocatalizador en los materiales plásticos empleados en la fabricación de catéteres y otros utensilios sanitarios, de manera que se puede conseguir un efecto no sólo auto-limpiante en estos productos, sino también auto-desinfectante, puesto que el efecto oxidante del fotocatalizador es capaz de inactivar bacterias y virus, como se ha demostrado en diversos estudios científicos».

Fuente de energía

Otro de los caminos que abre la investigación de la fotocatálisis es la posibilidad de obtener combustibles sostenibles a partir de materias primas renovables (CO2, agua, biomasa) y energía solar. La Asociación Ibérica señala en su Libro Blanco que la «fotocatálisis ofrece un camino para desarrollar la fotosíntesis artificial».

¿Qué son los materiales fotocatalíticos?

La investigación ha llevado al desarrollo de una gran variedad de materiales fotocatalíticos que incluyen en su composición el fotocatalizador, dióxido de titanio.

Estos materiales ya se aplican en una gran variedad de ámbitos relacionados con la construcción y la industria.

Entre los materiales con capacidad de realizar reacciones de fotocatálisis encontramos:

• Materiales fotocatalizadores de base cementicia: en ellos el fotocatalizador forma parte de la mezcla, no es un recubrimiento. Esto permite desarrollar muros, paredes, fachadas con capacidad de eliminar la contaminación y desinfectar las superficies.
• Pavimentos que incluyen el fotocatalizador.
• Láminas asfálticas que se utilizan para impermeabilizar tejados, cubiertas.
• Materiales cerámicos con baño de dióxido de titanio que además aumenta su durabilidad.
• Textil fotocatalítico que se utiliza en estructuras de protección solar.
• Mobiliario fotocatalítico, tanto de interior como de exterior, que además repele el polvo y la suciedad.
• Pinturas con tratamiento fotocatalítico para cubrir todo tipo de superficies interiores y exteriores.

En Albergrass estamos comprometidos con el cuidado del medio ambiente y la sostenibilidad. En próximos artículos de nuestro blog seguiremos hablando de los beneficios de la fotocatálisis.