Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
Asociación Ibérica de Fotocatálisis (AIF)
- David Almazán, EPTISA
- Fran Raya, CERACASA S.A.
- Fabien Remaut, ICOPAL S.L.
- Ramón J. Viñas, ZEUS QUIMICA
- Angel Sitjá, BREINCO
- David Pellicer, ADAPTACOLOR
Resumen
La fotocatálisis parte del principio natural de descontaminación de la propia naturaleza. Al igual que la fotosíntesis, gracias a la luz solar, es capaz de eliminar el CO2 para generar materia orgánica, la fotocatálisis elimina otros contaminantes habituales en la atmósfera, como son los NOx, SOx, COVs, mediante un proceso de oxidación activado por la energía solar. Los Óxidos de Nitrógeno (NOx), están considerados como una de las contaminaciones más dañinas para la salud humana. Los NOx, además, aceleran el efecto invernadero y el calentamiento global del planeta. Siendo muy habituales en nuestras ciudades.
La Asociación Ibérica de Fotocatálisis, se ha constituido con las principales empresas en aplicar esta tecnología, desarrollando sistemas constructivos sostenibles en base al uso de la fotocatálisis sobre distintos materiales. Esta Asociación está compuesta por empresas privadas, instituciones, universidades y grupos de investigación que proponen la Isla Fotocatalítica, un edificio que por sus materiales fotocatalíticos, descontamina el aire de nuestras ciudades, entre otras iniciativas.
Introducción – La Fotocatálisis y la AIF
La fotocatálisis parte del principio natural de descontaminación de la propia naturaleza. Al igual que la fotosíntesis, gracias a la luz solar, es capaz de eliminar CO2 para generar materia orgánica, la fotocatálisis elimina otros contaminantes habituales en la atmósfera, como son los NOx, SOx, COVs, mediante un proceso de oxidación activado por la energía solar.
La fotocatálisis es una reacción fotoquímica que involucra la absorción de luz ultravioleta por parte de un catalizador o sustrato consistente en un material semiconductor que acelera la velocidad de descomposición de un compuesto determinado. Durante el proceso tienen lugar reacciones tanto de oxidación como de reducción. De esta forma se promueve la eliminación de la mayor parte de los contaminantes en las ciudades. Por medio de la fotocatálisis se puede eliminar la mayor parte de los contaminantes presentes en las zonas urbanas: NOx, SOx, compuestos orgánicos volátiles (VOCs), CO, metil mercaptano, formaldehído, compuestos orgánicos clorados, compuestos poli aromáticos.
Destrucción del NOx:
- El contaminante se absorbe en la superficie del material.
- El contaminante absorbido es oxidado en dos etapas a un compuesto inerte, los nitratos (NO3).
- El compuesto inerte es eliminado de la superficie del material por efecto de la lluvia.
La AIF Asociación Ibérica de Fotocatálisis
Actualmente las principales ciudades españolas y los principales municipios de su alrededor superan el límite de concentración medio anual permitido (40μg/m3) de NOx. Luchar contra la contaminación y sus efectos pasa necesariamente por una limitación del impacto del tráfico en carretera así como de la emisión de gases en la Industria.
Pero también, es posible DESTRUIR LA CONTAMINACIÓN mediante materiales de construcción, utilizados habitualmente que han sido tratados, aplicando la fotocatálisis para destruir estos agentes contaminantes.
Desde su descubrimiento, cada vez son más las empresas, que aplican el tratamiento fotocatalitico a sus materiales, capaces de destruir hasta un 89% la presencia de NOx donde son instalados.
La AIF pretende agrupar a todas las empresas que aportan materiales de la construcción tratados con fotocatalizadores, con el ánimo de implantar el concepto de LA ISLA FOTOCATALITICA dentro de las grandes urbes contaminadas. La AIF presenta una alternativa amigable para el ciudadano frente a otras medidas que resultan coercitivas, colaborando para ello con la Administración Pública así como otras asociaciones y entes que aporten soluciones a la contaminación mediante la fotocatálisis.
La contaminación por óxidos de nitrógeno
La calidad del aire
La calidad del aire en zonas urbanas se ve gravemente afectada por el tráfico que es la principal fuente de emisiones atmosféricas de material particulado (incluyendo las partículas de los motores, del desgaste de frenos, ruedas y firme de rodadura, así como determinados metales relacionados con el desgaste mecánico) y gases como los NOx (término genérico que incluye NO y NO2). Las partículas en suspensión y NOx, junto al ozono y amoníaco, son los parámetros críticos en el cumplimiento de la legislación de la calidad del aire en ciudades de España y de Europa en general. Por otro lado, los NOx contribuyen a la contaminación fotoquímica del aire, dando lugar al llamado ‘smog fotoquímico’. Este término hace referencia a una mezcla compleja de productos que se forman a partir de la interacción de la luz solar con dos de los compuestos principales de los gases de escape de los automóviles, monóxido de nitrógeno e hidrocarburos. Su interacción en presencia de la luz solar da lugar a la formación de nieblas altamente oxidantes que han provocado episodios de contaminación muy graves en el pasado, en grandes ciudades como Tokio o Los Ángeles. El oxidante formado principalmente es ozono, con cantidades variables de otros compuestos, entre los que se incluyen los nitratos de peroxiacilo (PAN).
En zonas urbanas, aproximadamente el 50% de las emisiones de NOx se producen por combustión en los motores de los vehículos, siendo otras fuentes de emisión las centrales eléctricas y otras fuentes industriales (U.S. EPA, 1998). Los niveles elevados de NOx además de influir en los niveles de ozono (contaminante secundario que se genera en la atmósfera por reacción de NO2 y precursores gaseoso orgánicos), y en la formación de lluvia ácida, pueden perjudicar la salud pública afectando especialmente el sistema respiratorio (Mauzerall y col., 2004).
Aun reconociendo la diversidad de fuentes de emisión, el tráfico es una de las principales fuentes que afectan a los niveles de exposición de la población urbana a los contaminantes atmosféricos. Ello se debe a que la emisión se produce a gran proximidad de la población y de forma muy dispersa en la urbe.
Así el diseño y arquitectura de las ciudades españolas difiere de la de otros países europeos, en cuanto a la mayor densidad de edificios de apartamentos y a la altura de éstos, lo que provoca un efecto de pantalla en las emisiones producidas por el tráfico.
Ello dificulta la dispersión de contaminantes e incrementa marcadamente los niveles en aire ambiente respecto a otras estructuras urbanas europeas que se caracterizan por mayores espacios verdes, menor densidad y construcciones bajas.
Dicho de otra forma, la contaminación relacionada con el tráfico es emitida muy cerca de donde vivimos, trabajamos y andamos. Estudios científicos han mostrado que los contaminantes que son directamente emitidos por motores, como son las partículas ultrafinas o algunos gases, adquieren concentraciones muy altas a lo largo de las calles por un efecto ‘cañón’ y a menudo alcanzan concentraciones 10 veces mayores que en otros lugares. Las concentraciones de estos contaminantes disminuyen notablemente después de los primeros 50 o 100 metros alcanzando los mismos niveles de fondo que en áreas más alejadas de estas calles.
Numerosos estudios recientes han confirmado el paralelismo de problemas de salud asociados a la proximidad de focos de elevada densidad de polución ambiental. Estos estudios sugieren por lo tanto que existen efectos adversos adicionales en salud derivados de la mezcla de contaminantes debidos al tráfico que alcanzan altas concentraciones a lo largo de las calles. Los coches diésel, camiones y autobuses emiten especialmente altas concentraciones de hollín que contienen cientos de sustancias muy tóxicas que podrían ser causantes de una gran variedad de enfermedades.
Algunos estudios epidemiológicos y toxicológicos han encontrado claras conexiones entre niveles de contaminación atmosférica e ingresos en hospitales y número de muertes en pacientes, mostrando cómo niveles elevados de contaminación en el aire que respiramos provocan problemas cardio-respiratorios, especialmente en niños, ancianos y gente enferma (Pope y Dockery, 2006).
Dichos problemas en la salud incluyen arritmias, reducción de la capacidad pulmonar, asma, bronquitis crónica, sinusitis, tos, y alergias. Es importante considerar que estas reacciones en nuestra salud no sólo dependen de la masa de material inhalado, sino también de la composición de dicho material (Adamson y col., 1999, 2000; Dye y col., 2001; Ghio y Devlin, 2001; Moreno y col., 2004). Sin embargo aún hoy existe controversia sobre qué característica físico/química/morfológica hace que unas partículas sean más nocivas que otras.
Colaboración con las Administraciones Públicas
El principal objetivo de la AIF es ser reconocida como interlocutor único y de referencia para las administraciones públicas y en particular para el Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, en cuanto a soluciones fotocatáliticas en la construcción se refiere, en vista de la redacción del Plan Nacional de la Calidad del Aire. Es de suma importancia que el Ministerio considere soluciones alternativas y pasivas como el uso de materiales fotocatáliticos para la mejora de la calidad del aire y las incluya en su Plan.
Miembros de la AIF
Inicialmente la AIF, se ha constituido con las principales empresas desarrollando sistemas constructivos sostenibles en base al uso de la fotocatálisis Los socios de la AIF son:
- Fabricantes de TiO2 principio activo fotocatalizador.
- Fabricantes de materiales de construcción que aplican la fotocatálisis: fachadas cerámicas, pavimentos continuos de carreteras, pavimentos de calles, adoquines, cubiertas, pinturas y morteros.
- Centros tecnológicos de investigación y desarrollo; universidades.
- Empresas de ingeniería y arquitectura.
- Otras asociaciones y entes sensibilizados con la construcción sostenible.
La AIF exige a sus asociados (particularmente en el caso de fabricantes) el máximo rigor científico y de fiabilidad. Por ello, cualquier petición de nuevo asociado viene acompañada con los resultados de ensayos de sus productos según ISO-22197 o UNI-11247, siendo ambas metodologías de referencia en la materia.
Concepto de edificio inteligente: la Isla Fotocatalítica
En medio de la gran urbe gris, congestionada y contaminada, existe un lugar privilegiado donde se puede respirar un aire puro sin rastro alguno de NOx.
Este enclave de salud y bienestar es la isla fotocatalítica, donde caben todos y donde cada uno aporta sus soluciones para una construcción sostenible y una mejor preservación medio ambiental: paneles cerámicos para fachada ventilada, adoquines y pavimento, impermeabilización de cubiertas, revestimiento para carreteras y calles, cemento, pinturas, etc.
Estimación del impacto positivo de la Isla Fotocatalítica en la reducción de NOX
Para un mejor conocimiento del efecto positivo que puede tener el uso de materiales fotocatalíticos se ha realizado una estimación con distintos productos fotocataliticos aplicados sobre un grupo de edificios en la zona del «Eixample» de Barcelona.
Para el cálculo de la descontaminación de NOx se ha tenido presente el resultado de los ensayos normalizados ISO-22197 y otros estudios a escala 1:1 aportados por las distintas empresas fabricantes.
El objetivo es crear edificios inteligentes a modo de islas fotocatalíticas que en las ciudades limpien el aire del perjudicial NOx principalmente, con tan solo la energía U.V. solar, la humedad del aire y estos catalizadores.
Las empresas que han participado en el estudio han sido: BREINCO, CERACASA, ICOPAL y ADAPTACOLOR.
Los productos analizados son: ADOQUINES, FACHADAS CERAMICAS, CUBIERTAS y PINTURAS. Todos estos productos están ya comercializados y aplicados en distintas obras tanto a nivel nacional como internacional. Su aplicación en sistemas constructivos no varía otras prestaciones (comparándolo con otro producto sin la cualidad fotocatalítica). Cada producto de cada empresa tiene una gama de colores, prestaciones y posibilidades que han de ser consultadas, en todo caso, con el fabricante.
Veamos a continuación una descripción de las zonas y cantidad de descontaminación que realizan en la ISLA FOTOCATALITICA.
Tipo de producto: ADOQUINES
Empresa: BREINCO
Superficie recubierta: 3.600 m2
NOx destruido: 70 kg/año
Observaciones: Valor de destrucción de NOx por m² de material según ensayos ISO 22197-1, extrapolados a la superficie de ejemplo, con 2.600 horas de luz solar al año (valores de la ciudad de Barcelona).
Tipo de producto: CUBIERTAS
Empresa: ICOPAL
Superficie recubierta: 9.000 m2
NOx destruido: 39 kg/año
Observaciones: Valor de destrucción de NOx por m² de material según ensayos ISO 22197-1, extrapolados a la superficie de ejemplo, con 2.600 horas de luz solar al año (valores de la ciudad de Barcelona).
Tipo de producto: FACHADA CERAMICA
Empresa: CERACASA
Superficie recubierta: 10.6750 m2
NOx destruido: 13 kg/año
Observaciones: Valor de destrucción de NOx por m² de material según ensayos ISO-22197/1, ensayos reales y prolongados sobre piezas cerámicas a escala 1:1 en la cámara atmosférica Euphore (CEAM), extrapolados a la superficie del ejemplo, con 12 horas de luz solar diarias. Se reduce también un 72% el HNO3 y un 20% el O3.
Tipo de producto: PINTURAS TECHOS PARKING
Empresa: ADAPTACOLOR
Superficie recubierta: 10.675 m2
NOx destruido: 182 kg/año
Observaciones: Valor de destrucción de NOx por m² de material según ensayos ISO 22197-1, extrapolados a la superficie de ejemplo, con 8.760 horas de luz artificial (1W/m2 de iluminación artificial) al año.
Con la suma de todos los productos fotocatalíticos, el chaflán reducirá (destruirá) aproximadamente 304 kilos de óxidos de nitrógeno (NOx) al año. Esto equivale a limpiar más de 7.692 millones de m3 de aire . Más de 1.139.500 personas podrían respirar anualmente aire libre de NOx. Aire descontaminado por un solo chaflán fotocatalítico.
Conclusiones
El uso de productos y materiales fotocatalíticos en la construcción de edificios dentro de nuestras ciudades es una gran herramienta para descontaminar el aire contaminado por distintas sustancias muy tóxicas para el ciudadano.
Estas soluciones pasivas (preventivas) se pueden implementar dentro de la nueva construcción de edificios ‘inteligentes’ pero no pueden remplazar una política de reducción de fuentes de emisión.
Son soluciones amigables para el ciudadano y su entorno, que deben ser valoradas como el complemento ideal a otras acciones y medidas, realizadas o por acometer.
Son soluciones, que deben ser globales para tener un mayor impacto. Hemos de hablar de SISTEMAS CONSTRUCTIVOS URBANOS INTELIGENTES que actúen conjuntamente en beneficio del hábitat y del ciudadano.
El uso en otras zonas del mundo ya es habitual con resultados muy positivos desde hace años. Es por ello, que medidas que potencien la construcción de ciudades más saludables y proactivas, que ayuden al habitante de un edificio, protejan al transeúnte de una ciudad y preserven al entorno han de ser suficientemente entendidas y recomendadas en la nueva construcción del siglo XXI.
Es por ello, que una política tanto local como nacional, de una normativa que sea, agente y motor, incentivador de estas tecnologías en la arquitectura de nuevas ciudades inteligentes es totalmente necesaria y recomendable.
Referencias
- Asociación Ibérica de Fotocatálisis. Guía Práctica de la Fotocatálisis Aplicada a Infraestructuras Urbanas CONAMA 2012 Congreso Nacional de Medio Ambiente.
- Adamson, I.Y.R., Vincent, R., Bjarnason, S.G. (1999). Cell Injury and Interstitial Inflammation in Rat Lung after Inhalation of Ozone and Urban Particulates. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 20(5) 1067-1072.
- Adamson, I.Y.R., Prieditis, H., Hedgecock, C., Vincent, R. (2000). Zinc Is the Toxic Factor in the Lung Response to an Atmospheric Particulate Sample. Toxicology and Applied Pharmacology 166, (2) 111–119.
- Agencia Europea de Medio Ambiente, AEMA (European Environmental Agency).
- Almazán, D., Rovito, G, (2012). Evaluación del Comportamiento de los Pavimentos Descontaminantes. Jornadas Nacionales de ASEFMA en Madrid.
- Asociación Ibérica de Fotocatálisis, AIF.