Beton służący do budowy ciężkich konstrukcji, fundamentów i miejskiej zabudowy może jednocześnie pomagać w ograniczaniu zanieczyszczeń powietrza. Od lat rozwijana jest technologia tzw. betonu fotokatalitycznego, którego powierzchnia może uczestniczyć w rozkładzie części szkodliwych związków obecnych w powietrzu.

Jak działa fotokatalizator?

Filtrujące właściwości betonu uzyskuje się dzięki zastosowaniu fotokatalizatora – najczęściej dwutlenku tytanu (TiO₂). Pod wpływem światła na powierzchni materiału zachodzą reakcje chemiczne, które mogą prowadzić do utleniania szkodliwych tlenków azotu. Gdy trujące gazy ze spalin dotkną tak przygotowanego betonu, aktywne cząstki (rodniki) natychmiast je neutralizują i zamieniają w bezpieczne, rozpuszczalne w wodzie sole.

Badania nad cementowymi materiałami fotokatalitycznymi prowadzone są już od kilkunastu lat, a ich skuteczność zależy m.in. od natężenia światła, wilgotności, stężenia zanieczyszczeń oraz właściwości samej powierzchni.

Cementownia Kujawy z technologią wychwytywania CO₂. Przełom w dekarbonizacji budownictwa

Jak beton może wpływać na zanieczyszczenia powietrza?

W przypadku betonów fotokatalitycznych szczególne zainteresowanie naukowców wzbudzają tlenki azotu – NO i NO₂, czyli związki związane m.in. ze spalaniem paliw i transportem drogowym. Według WHO substancje te silnie szkodzą zdrowiu człowieka, podrażniając układ oddechowy, obniżając odporność oraz wywołując chorobę wieńcową i duszności. W wyniku reakcji fotokatalitycznej mogą one zostać przekształcone w azotany, które pozostają na powierzchni materiału i mogą być później spłukiwane przez deszcz.

To właśnie dlatego technologia jest szczególnie interesująca w przypadku nawierzchni drogowych, chodników, elewacji, ekranów akustycznych czy elementów infrastruktury znajdujących się w pobliżu ruchliwych ulic.

Nie każdy beton oczyszcza powietrze

Sam fakt, że materiał jest wykonany z cementu i betonu, nie oznacza jednak, że ma właściwości antysmogowe. Fotokatalizator musi znajdować się w taki sposób, aby światło oraz zanieczyszczenia mogły dotrzeć do jego powierzchni. Znaczenie ma również struktura betonu, jego porowatość, sposób wykończenia oraz stopień zabrudzenia – jeśli powierzchnia zostanie pokryta warstwą kurzu i innych zanieczyszczeń, światło ma utrudniony dostęp do aktywnego materiału, a skuteczność reakcji może spaść.

Beton potrzebuje światła

Technologia ma kluczowe ograniczenie – klasyczny dwutlenek tytanu wykorzystywany w fotokatalizie jest aktywowany przede wszystkim przez promieniowanie ultrafioletowe. Jego skuteczność jest mocno uzależniona od warunków oświetleniowych.

To szczególnie ważne w Europie Północnej i Środkowej. W okresie jesienno-zimowym, gdy dni są krótsze, a natężenie promieniowania słonecznego mniejsze, możliwości klasycznych materiałów fotokatalitycznych są ograniczone. Co więcej, właśnie w sezonie jesienno-zimowym problem zanieczyszczenia powietrza w wielu europejskich miastach może być wzmożony.

Dlatego naukowcy zaczęli szukać sposobu na wykorzystanie światła widzialnego, a nie wyłącznie UV. Jednym z przykładów był finansowany przez Unię Europejską projekt LIGHT2CAT, którego celem było opracowanie zmodyfikowanego fotokatalizatora na bazie TiO₂, aktywnego również przy świetle widzialnym. Badania zakończono pozytywnym testem materiału w warunkach rzeczywistych, a uzyskane projekty trafiły na rynek infrastruktury budowlanej w postaci m.in. płyt chodnikowych i kostek brukowych.

Budownictwo szuka sposobu na obniżenie emisji

Produkcja betonu, a dokładniej zawartego w nim cementu, odpowiada za około 7-8% globalnych emisji dwutlenku węgla i podlega zaostrzonym normom unijnym oraz systemowi handlu emisjami EU ETS. Cały sektor budowlany generuje blisko 40% emisji, dlatego branża od lat szuka sposobów na ograniczenie swojego wpływu na środowisko. 

Fotokatalityczny beton nie rozwiązuje problemu emisji związanych z produkcją cementu, ale w zamian pozwala nadać gotowemu materiałowi dodatkową funkcję środowiskową podczas użytkowania.

Zobacz też: Inteligentne materiały w budownictwie: AGH tworzy farbę, która ostrzega przed katastrofą 

Źródła: ARP, Politechnika Warszawska, Komisja Europejska

Fot: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.