Výzkum v Lawrence Berkeley National Laboratory zjistil, že fotokatalytická oxidace (PCO) snižuje obsah těkavých organických látek ve vnitřním ovzduší, ale může produkovat formaldehyd jako vedlejší produkt.
Velmi slibnou novou technologií pro redukci těkavých organických látek (VOC) ve vnitřním prostředí je fotokatalytická oxidace (PCO). Tento proces vystavuje ultrafialové světlo katalyzátoru, jako je oxid titaničitý, za vzniku především hydroxylových radikálů (OH). Tyto hydroxylové radikály jsou extrémně reaktivní a mohou oxidovat nebo „rozkládat“ typické VOC ve vnitřním prostředí. Cílem této studie, kterou provedli A.T. Hodgson, D.P. Sullivan a W.J. Fisk s názvem „Evaluation of ultra-violet photocatalytic oxidation (UVPCO) for indoor air applications: conversion of volatile organic compounds at low part-per-billion concentrations“ (LBNL-58936) bylo zjistit, zda lze tento proces použít ke snížení obsahu VOC ve vnitřních prostorách do té míry, že „přijatelné kvality vnitřního ovzduší v kancelářských budovách lze dosáhnout s menší spotřebou energie kombinací účinných systémů čištění vzduchu pro VOC s filtrací částic, než kdyby se spoléhalo pouze na větrání“.“
Výzkumníci poukazují na to, že většina studií této technologie byla provedena v laboratorních podmínkách. Velká většina těchto výzkumů používala relativně velké koncentrace jen několika VOC, a to především za účelem lepšího pochopení procesu PCO. Tato studie byla navržena tak, aby simulovala nízké koncentrace VOC, které by se vyskytovaly v reálném vnitřním prostředí.
Teoreticky se všechny VOC rozloží na oxid uhličitý a vodu. V mnoha případech však mají reakce vedoucí k získání tohoto konečného stavu řadu fází, mohou být složité a mohou vytvářet relativně stabilní meziprodukty. Otázkou je, zda proces fotokatalytické oxidace dokáže reagovat s VOC dostatečně rychle a úplně, aby je neutralizoval a nevytvářel škodlivé VOC jako nezamýšlené vedlejší produkty.
Pro testování této otázky vytvořili výzkumníci tři náročné směsi VOC. Jedna byla kombinací 27 VOC, které se běžně vyskytují v kancelářských budovách. Druhou byla směs tří běžně používaných čisticích prostředků – čisticí prostředek na bázi borovicového oleje, čisticí prostředek používající 2-butoxyetanol a čisticí prostředek na bázi pomerančového oleje (tj. d-limonenu). Třetí se skládala ze směsi těkavých organických látek, které se běžně uvolňují ze stavebních výrobků, jako jsou natřené stěnové desky, kompozitní dřevo, koberce a vinylové podlahy. U každé směsi se měnila rychlost proudění vzduchu a koncentrace VOC, takže bylo provedeno celkem devět experimentů. Byla provedena měření nasávaných těkavých organických látek a těkavých organických látek na výstupu při jednom průchodu. Další experimenty byly provedeny také pouze se směsí formaldehydu a acetaldehydu a zařízením PCO.
Všeobecně se účinnost přeměn výzvových VOC lišila podle typu VOC a rychlosti proudění vzduchu. Zajímavé je, že koncentrace výzvových VOC neměla velký vliv. I přes dvojnásobné nebo trojnásobné zvýšení koncentrace zůstala rychlost dodávky čistého vzduchu (CADR) přibližně stejná. U těkavých organických látek čisticích prostředků se reakční účinnost pohybovala mezi 20 % a 80 %. U směsi VOC stavebních výrobků se reakční účinnost pohybovala mezi nevýznamnou a až 80%. Účinnost konverze směsi aldehydů se pohybovala mezi 18 % a 49 %. Obecně se účinnost konverzí rozkládala v následujícím pořadí, přičemž nejúčinnější byly alkoholy a glykolétery; poté aldehydy, ketony a terpenové uhlovodíky; dále aromatické a alkanické uhlovodíky; a nakonec halogenované alifatické uhlovodíky. Obecně byly zjištěny velmi povzbudivé míry konverze a autoři studie zdůrazňují, že toho bylo dosaženo při velmi nízkém poklesu tlaku, což podporuje tvrzení, že PCO může vést k úspoře energie.
Z těchto experimentů však vyplynula i negativa. Výzkumníci zjistili, že v důsledku neúplného rozkladu těkavých organických látek v proudu vstupního vzduchu docházelo k čisté produkci formaldehydu, acetaldehydu, kyseliny mravenčí a kyseliny octové. Zvláště znepokojující bylo, že výstupní koncentrace formaldehydu a acetaldehydu byly 3,4krát a 4,6krát vyšší než vstupní koncentrace. Jak formaldehyd, tak acetaldehyd jsou považovány za významné toxické látky v interiéru. Formaldehyd je klasifikován jako lidský karcinogen. Vládní směrnice doporučují udržovat koncentrace formaldehydu a acetaldehydu ve vnitřních prostorách na velmi nízké úrovni.
Při expozici těkavým organickým sloučeninám v zařízeních PCO sice vzniká formaldehyd a acetaldehyd, ale zařízení PCO tyto sloučeniny také rozkládá. Otázkou pak zůstává, zda to vede k čistému nárůstu těchto sloučenin ve vnitřním prostředí. Pomocí modelování založeného na výsledcích studie autoři dospěli k závěru, že při provozu zařízení PCO v kancelářské budově by došlo ke zhruba trojnásobnému zvýšení koncentrací formaldehydu a acetaldehydu ve vnitřním prostředí (v závislosti na koncentracích a typech těkavých organických látek).
V závěru výzkumníci uvádějí, že zatímco účinnost přeměny těkavých organických látek pomocí zařízení PCO může být přínosná pro velkoplošnou úpravu vzduchu v obývaných budovách, zvýšení formaldehydu a acetaldehydu je třeba dále zkoumat a lépe kvantifikovat. Je třeba pracovat na tom, aby se buď snížila produkce formaldehydu a acetaldehydu, nebo aby se tato technologie kombinovala s nějakým druhem pračky, která by odstraňovala toxické vedlejší produkty dříve, než se dostanou zpět do obývaných prostor.
Tento výzkum pokračuje, jak je patrné ze zápisu ze zasedání Federálního meziagenturního výboru pro kvalitu vnitřního ovzduší ze dne 7. února 2007. Zástupce ministerstva energetiky (které je největším sponzorem tohoto výzkumu) shrnul výše uvedené výsledky a uvedl, že se provádějí experimenty s použitím několika typů skruberů se sorpčním médiem za zařízením PCO. První výsledky ukazují, že chemisorbent s manganistanem sodným má značný potenciál.
Dalším přístupem je zlepšení produktivity reakcí VOC a hydroxylových radikálů a dalších ROS. Potíž je v tom, že je nepravděpodobné, že by reakce byly někdy úplné a neprodukovaly žádné vedlejší produkty. Ve stejných protokolech CIAQ bylo uvedeno, že všech 10 testovaných těkavých organických látek produkuje formaldehyd. Dalším problémem je rychlost vzduchu a doba expozice v blízkosti PCO. Zkoušky, které byly provedeny v LBNL, byly provedeny při dvou rychlostech. Se zvyšující se rychlostí došlo k výraznému poklesu procenta rozkládajících se těkavých organických látek. To je logické, protože VOC by byly v přítomnosti ROS kratší dobu. Problémem bylo, že „vysoká“ rychlost byla pouze 340 cfm. Většina bytových systémů produkuje alespoň 1 000 cfm, zatímco komerční systémy jsou obvykle dimenzovány na 2 000 cfm. Při těchto vyšších rychlostech je třeba předpokládat ještě nižší procento reakcí a vyšší úroveň vedlejších produktů, ačkoli by bylo třeba provést další výzkum, aby se to potvrdilo.
Další práce je třeba provést také na využití fotokatalytické oxidace (PCO) v prostorách, kde máte kuřáky. Snížení znatelného zápachu pro domy s kuřáky nebo místa, jako jsou bary a kasina, je velmi lákavé. Cigaretový kouř však obsahuje více než 1 000 různých chemických látek. Chybí kvalitní výzkum, který by určil, co vzniká reakcí s těmito více než 1 000 chemickými látkami a hydroxylovými radikály a dalšími reaktivními formami kyslíku (ROS) ze zařízení PCO. Vzhledem k výsledkům, které jsme viděli u cigaretového kouře a ozonu (další ROS), a výsledkům výše uvedené podrobné studie lze celkem bezpečně předpokládat, že jedním z vedlejších produktů je formaldehyd. Jaké jsou další vedlejší produkty, jejich množství a možná produkce ultrajemných částic, to vše jsou nezodpovězené otázky.
To, co mi to ilustruje, je složitost vnitřního ovzduší a nebezpečí vytváření předpokladů o výsledcích chemických reakcí. To, co chcete, často nedostanete. Ačkoli je technologie PCO velmi slibná, podle mého názoru „porota ještě neví“, zda by měla být všeobecně doporučována pro vnitřní obytné prostory.