Czy betonowy świat może oddychać?

Otrzymana w betonowym elemencie fotokatalityczna powierzchnia, pod wpływem światła słonecznego, zyskuje zdolność do absorpcji tlenków azotu NOx i ich utleniania do jonów azotowych NO3. Następnie jony te reagują na powierzchni betonu z wodorotlenkiem wapnia, tworząc finalnie bezpieczne dla
środowiska sole.

Znamy doskonale podstawowe problemy dzisiejszego świata: głód, wojny, terroryzm, zanieczyszczenie środowiska naturalnego, ocieplenie klimatu. W obliczu tak wielu zagrożeń spowodowanych głównie rabunkową działalnością człowieka każdy z nas powinien wziąć na siebie odpowiedzialność za naszą planetę i próbować ją chronić.

W dziedzinie architektury i budownictwa wyzwaniem dla dzisiejszych architektów, urbanistów i budowniczych jest projektowanie przestrzeni funkcjonalnej, nowoczesnej, a zarazem proekologicznej, gdzie w pełni sprawdzi się znaczenie słów „zrównoważony rozwój”. Projektowanie proekologiczne stało się pewnego rodzaju wyznacznikiem wrażliwości i wyczucia smaku projektanta.

Zabudowa przestrzeni miejskiej powinna być podporządkowana ściśle zrównoważonemu rozwojowi w dziedzinie społecznej, środowiskowej i strukturalnej. Perspektywa globalnego kryzysu ekologicznego oraz rosnąca świadomość odpowiedzialności człowieka powodują wdrażanie coraz to nowszych rozwiązań mających na celu powstrzymanie kataklizmu.

Jednym z wielu składników kryzysu ekologicznego jest istotnie zwiększające się zanieczyszczenie powietrza. Szczególnie uwidacznia się ono na terenach zurbanizowanych, gdzie znacznie przekroczone są stężenia drobnych cząstek PMx, tlenków azotu (NOx) i lotnych związków organicznych (VOC). Mieszanina tych związków w połączeniu z promieniowaniem słonecznym powoduje powstawanie smogu fotochemicznego, bardzo niebezpiecznego dla ludzi i roślin. Beton z dodatkiem TiO2 Dotychczas podejmowane doraźne działania tylko częściowo rozwiązują problem pogarszającej się jakości powietrza.

W celu jego poprawy coraz częściej sięgamy po niestandardowe rozwiązania (ograniczenie ruchu w centrach miast przez wydzielanie specjalnych stref czy wręcz zamykanie ulic lub dodatkowe opłaty), mające poprawić jego jakość.

Bardzo częstym sposobem na walkę ze smogiem, od lat z powodzeniem stosowanym przez zachodnich architektów, a który od niedawna staje się popularny w Polsce, jest tworzenie projektów, zarówno tych urbanistycznych, jak i strukturalnych, posiadających właściwości fotokatalityczne. Można je uzyskać, wykorzystując podstawowy budulec, jakim jest beton z dodatkiem substancji nanometrycznego dwutlenku tytanu TiO2, który jest dodatkiem do zaprojektowanej mieszanki betonowej. Substancja ta przyspiesza naturalny rozkład zanieczyszczeń pod wpływem światła słonecznego (promieniowania UV-A). Uzyskanie wielkości nanocząsteczkowej nadaje TiO2 takie właściwości, które można efektywnie wykorzystać w procesie fotokatalitycznego utleniania na powierzchni wyrobów betonowych. Do aktywacji tego procesu wystarczające jest światło słoneczne (promieniowanie UV-A o długości fali świetlnej < 410 nm). Wzbudzona w ten sposób cząstka TiO2 ulega przemianom, tworząc na swojej powierzchni rodniki hydroksylowe (OH•) oraz aktywny tlen (anionorodniki ponadtlenkowe O2) o silnie utleniających właściwościach. Ponieważ powstałe związki są bardzo reaktywne, szybko ulegają przemianom, reagując z organicznymi i nieorganicznymi substancjami.

Następnie nowo powstałe produkty są neutralizowane przez składniki betonu. Efektem końcowym całego procesu są nieszkodliwe związki, które nie stanowią zagrożenia dla ludzi i środowiska. Bardzo istotną cechą fotokatalizatora (TiO2) jest to, że pomimo brania udziału w zachodzących reakcjach pozostaje po ich zajściu w niezmienionej ilości i postaci chemicznej. Dzięki temu zachodzący proces jest trwały i stale odnawialny. Otrzymana w betonowym elemencie fotokaltalityczna powierzchnia, pod wpływem światła słonecznego, zyskuje zdolność do absorpcji tlenków azotu NOx i ich utleniania do jonów azotowych NO3. Następnie jony te reagują na powierzchni betonu z wodorotlenkiem wapnia [Ca(OH)2], finalnie tworząc bezpieczne dla środowiska sole (azotany wapnia), które są spłukiwane przez opady atmosferyczne.

Samooczyszczanie dzięki TiO2

Zastosowanie fotokatalizatora w produkcji elementów betonowych, oprócz właściwości oczyszczających powietrze z zanieczyszczeń gazowych, umożliwia im zachowanie pierwotnej estetyki powierzchni. Zdolność do samooczyszczania się wynika także z innej właściwości TiO2. Wiąże się to ze zmianą kąta zwilżania powierzchni fotokatalizatora pod wpływem promieniowania UV, który maleje prawie do zera. Dzięki temu na powierzchni betonu krople deszczu tworzą cienki film wodny ułatwiający usuwanie zanieczyszczeń. Opisane rozwiązanie ma szczególne znaczenie w obiektach budowlanych eksploatowanych w obszarach intensywnego ruchu samochodowego. Ze względu na działanie redukujące zanieczyszczenia w powietrzu i zabrudzenia powierzchni betonowych efektywnie można je wykorzystać przy projektowaniu betonowych elewacji budynków, nawierzchni i elementów architektury miejskiej.

Rozwiązanie to doskonale wpisuje się w rosnące zapotrzebowanie na najwyższej jakości prefabrykaty betonowe, będące w stanie sprostać nowoczesnym trendom w projektowaniu, kreowaniu przestrzeni oraz dążeniu do tworzenia niepowtarzalnej, proekologicznej architektury. Technologia produkcji wyrobów fotokatalitycznych w żaden sposób nie zmienia podstawowych właściwości betonu, nie wpływa również na jego właściwości estetyczne. Projektowane elementy dzięki nieograniczonym kształtom, bogatej kolorystyce, różnym metodom wykończenia oraz parametrom klasyfikującym produkty jako przyjazne środowisku stanowią niepowtarzalną propozycję dla świadomych zagrożeń i dbających o proekologiczne projektowanie architektów i inżynierów.

Autor: Jakub Suchorzewski