Aire limpio y sin contaminantes con fotocatálisis

Por Mercedes Sánchez Moreno, Ivana Pavlovic Milicevic, Luis Sánchez Granados y Manuel Cruz Yusta, Universidad de Córdoba

Cada día hay más noticias relacionadas con la contaminación atmosférica de las ciudades en las que vivimos. Es un problema que no afecta solo a las grandes urbes donde hay un volumen importante de coches e industrias, sino también a ciudades pequeñas y medianas en las que se dan otros condicionantes climáticos.

La ONU calcula que entre 6 y 7 millones de personas mueren cada año de forma prematura debido a la contaminación. Y que un 90 % de la población mundial respira aire contaminado. La contaminación atmosférica es un problema global al que debemos plantar cara entre todos y desde todos los frentes posibles.

Eliminar la contaminación en las ciudades

La mejor forma de eliminar la contaminación en las ciudades es no produciéndola. Esto implica minimizar todas las actividades que producen contaminación, principalmente por el uso de combustibles fósiles. Las medidas incluirían limitar el uso del vehículo particular y favorecer el transporte colectivo, impulsar proyectos para mejorar las viviendas para conseguir casas más eficientes y que permitan un menor uso de energía sin perder el confort y actualizar los sistemas de climatización.

Todas estas acciones son deseables para conseguir un aire limpio, pero están condenadas al fracaso ya que o bien son caras y nunca es el momento adecuado para realizar la inversión o simplemente no se adaptan a nuestro ritmo de vida. En definitiva, no existe una concienciación suficiente de los ciudadanos ni las autoridades en este sentido.

Principales contaminantes en el aire urbano

Los principales contaminantes del aire son el monóxido y dióxido de carbono, los gases de nitrógeno, más conocidos como NO?, el ozono a nivel de suelo, el dióxido de azufre, las partículas pequeñas menores de 10 y 2,5 micras (PM10 y PM2,5) y los hidrocarburos.

Esa boina gris o naranja que se observa sobre las grandes ciudades a medida que nos acercamos es la forma en que la contaminación atmosférica del aire en entornos urbanos se muestra ante nuestros ojos.

Purificar el aire de las ciudades 

Existe una tecnología que permite minimizar ciertos contaminantes que se concentran en las ciudades (principalmente los gases de nitrógeno y los hidrocarburos) y que tiene como fuente de energía al sol: es la denominada fotocatálisis.

La fotocatálisis consiste en llevar a cabo determinadas reacciones químicas en las que el reactivo es el propio contaminante que se degrada por la presencia de un fotocatalizador (semiconductor) y del sol. Podemos utilizarla para purificar el aire de las ciudades durante el día.

Fotocatálisis

Esta tecnología se basa en el desarrollo de una serie de materiales denominados semiconductores que, cuando entran en contacto con el contaminante y reciben la luz del sol, provocan que este se descomponga en otros componentes. Un aspecto importante a tener en cuenta es cómo actúa este material sobre un contaminante concreto, es decir, la eficiencia que tiene para eliminarlo. Pero más importante aún es determinar cuáles son esos otros compuestos en los que se transforma el contaminante.

El monóxido de nitrógeno (NO) es un contaminante muy tóxico. Cuando tratamos de eliminarlo por fotocatálisis, según el material semiconductor que usemos, obtendremos la degradación total hasta nitrato (NO?-), que es inocuo, o bien la degradación parcial a dióxido de nitrógeno (NO?), que es cuatro veces más contaminante que el primero. Cuando la degradación es total se dice que el material es selectivo. Por tanto, no solo es importante la eficiencia del material que se utiliza, sino también cómo de selectivo es.

El material más utilizado es el dióxido de titanio, pero tiene varios inconvenientes. El principal es que solo aprovecha un 4 % de la luz que nos llega, pues solo funciona con la fracción ultravioleta de la radiación solar.

No obstante, existe hoy en día un gran interés por parte de la comunidad científica en el desarrollo de materiales alternativos al dióxido de titanio. En este sentido, los grupos de investigación FQM 175 y 214 de la Universidad de Córdoba colaboramos en el desarrollo de nuevos materiales, más baratos, sostenibles, con posibilidad de trabajar con todo el espectro solar y con un comportamiento mucho mejor tanto desde el punto de vista de la eficiencia como de la selectividad.

Estamos trabajando con hidróxidos dobles laminares diseñados a medida para cada aplicación. Estos materiales, también conocidos como compuestos tipo hidrotalcita, se encuentran en la naturaleza, pero también se pueden preparar en el laboratorio de una forma simple. Presentan una estructura laminar muy versátil que nos permite conseguir fotocatalizadores de altas prestaciones y bajo coste.

Aunque con lo que hemos comentado lo lógico sería pensar que por la noche no se puede hacer nada porque no hay sol, ya se están desarrollando materiales con capacidad para actuar durante un tiempo en oscuridad. Es lo que se denomina fotocatálisis persistente.

¿Dónde podemos encontrar estos materiales?

Fundamentalmente, se están aplicando como materiales de construcción en forma de recubrimientos, pero también existen numerosas aplicaciones como pinturas o tratamientos superficiales y desgraciadamente el uso de este tipo de sustancias no se encuentra muy extendido fundamentalmente por dos motivos. El primero es que son productos caros para el sector de la construcción y, en segundo lugar, porque no existe una apuesta real de uso de esta tecnología por parte de las Administraciones Públicas.