La fotocatalisi è un alleato contro l’inquinamento

Definizione di fotocatalisi

Il Diccionario de la Real Academia de la Lengua definisce il termine fotocatalisi come “aumento della velocità di una reazione chimica per effetto della luce o di altre forme di energia radiante”.

La fotocatalisi può essere spiegata come una reazione chimica che coinvolge una fonte di luce o radiazione e un catalizzatore che accelera la reazione. Queste reazioni possono essere l’ossidazione di composti organici o la riduzione di ioni inorganici e altri composti organici.

Per rendere più facile la comprensione, si usa spesso l’esempio della fotosintesi delle piante.

Nella fotosintesi, le piante utilizzano l “energia della luce solare per convertire l” anidride carbonica dell “ambiente in nutrienti e ossigeno, che rilasciano all” esterno. Per questo motivo, si dice che le piante e gli alberi siano i polmoni verdi della Terra.

Lo stesso processo di trasformazione avviene con la fotocatalisi. La differenza è che questo meccanismo coinvolge un catalizzatore che aumenta la velocità della reazione.

In genere, il biossido di titanio viene utilizzato come catalizzatore per il suo basso costo e perché è molto facile da ottenere.

Chi ha scoperto la fotocatalisi?

La scoperta di questo processo chimico è relativamente recente e la sua utilità come controllo dell’inquinamento e disinfettante è ancora in fase di studio.

Fu nel 1967 che Fujishima e Honda scoprirono la fotolisi dell “acqua o il fenomeno della decomposizione fotocatalitica dell” acqua. Conosciuto come effetto Honda-Fujishima.

Questa scoperta ha gettato le basi per ulteriori ricerche sulla capacità di catalizzatori come il biossido di titanio di decontaminare e igienizzare.

Cosa comporta il processo di fotocatalisi?

Questo processo chimico coinvolge la luce solare che viene convertita in energia chimica grazie alla presenza di un catalizzatore. Durante questo processo avvengono sia reazioni di ossidazione che di riduzione.

Di seguito analizziamo il ruolo di ciascuna delle parti coinvolte nel processo fotocatalitico.

Un fotocatalizzatore

Si tratta di un materiale semiconduttore che agisce accelerando la velocità delle reazioni di ossidazione chimica.

Il più utilizzato è il biossido di titanio (TiO2) per il suo basso costo e per la sua capacità di mineralizzare gli inquinanti senza generare altre sostanze nocive.

Un ossidante

L “ossigeno viene utilizzato affinché il fotocatalizzatore possa ossidarsi e svolgere la sua funzione all” interno della reazione chimica.

Un elemento che fornisce elettroni

Questo elemento chimico è necessario per fornire gli elettroni necessari alla reazione chimica e per permettere l’ossidazione degli inquinanti.

Radiazioni o luce solare

Una fonte di luce, naturale o artificiale, è necessaria affinché il fotocatalizzatore acceleri la velocità della reazione.

Quali sono i due tipi di catalisi coinvolti nel reattore fotocatalitico?

Esistono due tipi di catalisi che un reattore fotocatalitico può generare. Si tratta della fotocatalisi omogenea e della fotocatalisi eterogenea.

Cos’è la fotocatalisi omogenea?

Nella fotocatalisi omogenea, i reagenti e i fotocatalizzatori si trovano nella stessa fase.

Cos’è la fotocatalisi eterogenea?

La fotocatalisi eterogenea vede il catalizzatore in una fase diversa da quella dei reagenti. Questo tipo di fotocatalisi è una disciplina che comprende un’ampia varietà di reazioni.

A cosa serve la fotocatalisi?

Come abbiamo detto, la scoperta della fotocatalisi è molto recente, quindi i suoi possibili usi e applicazioni sono ancora in fase di studio.

Il Libro Bianco sulla Fotocatalisi, prodotto dall’Associazione Iberica di Fotocatalisi, elenca alcune delle sue principali applicazioni e benefici.

La fotocatalisi per decontaminare l’aria

Questo processo chimico è in grado di rimuovere dall’ambiente una grande quantità di inquinanti come: NOx, SOx, composti organici volatili (VOC), CO, metilmercaptano, formaldeide, composti organici clorurati, composti poliaromatici…

Ma non solo possono rimuovere gli agenti inquinanti, possono anche essere utilizzati per disinfettare l’ambiente.

L “utilizzo del fotocatalizzatore biossido di titanio permette di mineralizzare gli inquinanti. In questo modo, l” aria o la pioggia nel caso di ambienti esterni fa sì che questi minerali scompaiano.

Inoltre, come si legge nel Libro Bianco, non solo permette di decontaminare l’aria interna ed esterna. La fotocatalisi può anche consentire “l’eliminazione degli odori, la rimozione dell’etilene formatosi nei negozi di frutta e verdura, la bonifica del suolo mediante desorbimento, la riduzione dei pollini, ecc.

È quindi molto utile per combattere i cattivi odori in spazi chiusi come sale fumatori, parcheggi, cucine, ristoranti, bar, depositi di rifiuti negli edifici. Inoltre, i materiali fotocatalitici hanno la capacità di “ridurre la capacità di formazione di muffe e alghe, e anche come battericida, in spazi interni comuni, come centri sanitari, uffici o la stessa casa”.

Questa pubblicazione sottolinea che una delle “caratteristiche della fotocatalisi che utilizza il TiO2 e la luce ultravioletta è la sua aspecificità, il che significa che può rimuovere un’ampia gamma di inquinanti atmosferici, in particolare quelli organici. Ciò è dovuto alla capacità ossidante dei radicali che si formano durante il processo e che, in linea di principio, sono in grado di attaccare qualsiasi composto organico, anche se nella pratica
alcuni sono più resistenti di altri a questo attacco”.

Per il trattamento dell’acqua

La fotocatalisi è un modo per purificare e disintossicare l “acqua. Può quindi essere molto utile per rendere l” acqua potabile e ottenere maggiori benefici dalle riserve idriche del pianeta.

Ottenere materiali con grandi benefici

Questi includono la fotocatalisi applicata a pavimenti, facciate, tetti, tessuti (per tende da sole residenziali e per la protezione di lavori di ristrutturazione delle facciate), isole fotocatalitiche e materiali autopulenti, autosterilizzanti, biocidi, antiappannanti o antiriflesso.

L “Associazione Iberica di Fotocatalisi sottolinea che ‘le applicazioni per interni si basano sulla capacità di decomposizione della tecnologia fotocatalitica sulla materia organica. Questo effetto impedisce l’ adesione dello sporco (organico) sulle superfici verticali di interni ed esterni, in modo che l ‘estetica del materiale fotocatalitico applicato possa essere mantenuta nel tempo, rispetto a un materiale convenzionale, riducendo così i costi di conservazione e manutenzione (ritardando le campagne di pulizia nel tempo – normalmente costose a causa dell’ uso di impalcature sospese – o la riverniciatura)”.

L’effetto autopulente delle superfici fotocatalitiche riduce quindi notevolmente il budget e il tempo necessario per la pulizia e la manutenzione.

Applicazioni per la salute

Come indicato nel Libro Bianco sulla Fotocatalisi, “esiste la possibilità di incorporare un materiale fotocatalizzatore nelle materie plastiche utilizzate per la produzione di cateteri e altri utensili sanitari, in modo da ottenere un effetto autopulente non solo in questi prodotti, ma anche autodisinfettante, poiché l’effetto ossidante del fotocatalizzatore è in grado di inattivare batteri e virus, come è stato dimostrato in diversi studi scientifici”.

Fonte di energia

Un’altra strada aperta dalla ricerca sulla fotocatalisi è la possibilità di ottenere combustibili sostenibili da materie prime rinnovabili (CO2, acqua, biomassa) e dall’energia solare. L’Associazione iberica sottolinea nel suo Libro Bianco che “la fotocatalisi offre un modo per sviluppare la fotosintesi artificiale”.

Cosa sono i materiali fotocatalitici?

La ricerca ha portato allo sviluppo di una serie di materiali fotocatalitici che includono il fotocatalizzatore, il biossido di titanio, nella loro composizione.

Questi materiali sono già applicati in un’ampia varietà di settori legati all’edilizia e all’industria.

I materiali in grado di effettuare reazioni di fotocatalisi includono:

• Materiali fotocatalitici a base di cemento: in questi materiali il fotocatalizzatore fa parte della miscela, non è un rivestimento. Ciò rende possibile lo sviluppo di pareti e facciate con la capacità di rimuovere la contaminazione e disinfettare le superfici.
• Pavimenti che includono il fotocatalizzatore.
• Lastre di asfalto utilizzate per l’impermeabilizzazione di tetti e coperture.
• Materiali ceramici con un bagno di biossido di titanio, che ne aumenta anche la durata.
• Tessuto fotocatalitico utilizzato nelle strutture di protezione solare.
• Mobili fotocatalitici, sia per interni che per esterni, che respingono anche la polvere e lo sporco.
• Vernici con trattamento fotocatalitico per coprire tutti i tipi di superfici interne ed esterne.

Noi di Albergrass siamo impegnati nel rispetto dell’ambiente e della sostenibilità. Nei prossimi articoli del nostro blog continueremo a parlare dei vantaggi della fotocatalisi.