Una investigación del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley descubre que la oxidación fotocatalítica (PCO) reduce los compuestos orgánicos volátiles (COV) en interiores pero podría producir formaldehído como subproducto.
Una nueva tecnología muy prometedora para la reducción de compuestos orgánicos volátiles (COV) en ambientes interiores es la oxidación fotocatalítica (PCO). Este proceso expone la luz ultravioleta a un catalizador como el dióxido de titanio para producir principalmente radicales hidroxilos (OH). Estos radicales hidroxilos son extremadamente reactivos y pueden oxidar o «descomponer» los COV típicos en los ambientes interiores. El objetivo de este estudio realizado por A.T. Hodgson, D.P. Sullivan y W.J. Fisk titulado «Evaluation of ultra-violet photocatalytic oxidation (UVPCO) for indoor air applications: conversion of volatile organic compounds at low part-per-billion concentrations» (LBNL-58936) era determinar si este proceso podía utilizarse para reducir los COV en interiores hasta el punto de que «se podría conseguir una calidad de aire interior aceptable en los edificios de oficinas con menos energía combinando sistemas eficaces de limpieza del aire para los COV con la filtración de partículas que confiando únicamente en la ventilación.»
Los investigadores señalan que la mayoría de los estudios de esta tecnología se han realizado en entornos de laboratorio. La gran mayoría de estas investigaciones han empleado concentraciones relativamente grandes de sólo unos pocos COV, principalmente para comprender mejor el proceso de OCP. Este estudio fue diseñado para simular concentraciones bajas de COV que se encontrarían en ambientes interiores reales.
Teóricamente todos los COV se descomponen en dióxido de carbono y agua. Sin embargo, en muchos casos las reacciones para recibir este estado final tienen numerosas etapas, pueden ser complejas y pueden producir subproductos intermedios relativamente estables. La cuestión es si el proceso de oxidación fotocatalítica puede reaccionar lo suficientemente rápido y completamente con los COV para neutralizarlos y no crear COV nocivos como subproductos no deseados.
Para probar esto, los investigadores crearon tres mezclas de COV de desafío. Una de ellas era una combinación de 27 COVs comúnmente encontrados en edificios de oficinas. La segunda era una mezcla de tres productos de limpieza de uso común: un limpiador a base de aceite de pino, un limpiador con 2-butoxietanol y un limpiador a base de aceite de naranja (es decir, d-limoneno). El tercero consistía en una mezcla de COVs comúnmente emitidos por productos de construcción como tableros pintados, maderas compuestas, moquetas y suelos de vinilo. Se variaron las velocidades del flujo de aire y las concentraciones de COV con cada mezcla para crear un total de nueve experimentos. Se midieron los COV de entrada y los COV de salida de una sola pasada. También se llevaron a cabo otros experimentos con sólo una mezcla de formaldehído y acetaldehído y el dispositivo PCO.
En general, las eficiencias de las conversiones de los COV de desafío variaron según el tipo de COV y la velocidad del flujo de aire. Curiosamente, la concentración de los COV de desafío no tuvo mucho efecto. A pesar de aumentar las concentraciones dos o tres veces, la tasa de suministro de aire limpio (CADR) se mantuvo prácticamente igual. En el caso de los COV de productos de limpieza, las eficiencias de reacción variaron entre el 20% y el 80%. En el caso de la mezcla de COV de productos de construcción, las eficiencias de reacción variaron entre no significativas y hasta el 80%. Las eficiencias de conversión de la mezcla de aldehídos oscilaron entre el 18% y el 49%. En general, la eficiencia de las conversiones se desglosó en el siguiente orden, siendo los más eficaces los alcoholes y los éteres de glicol; a continuación, los aldehídos, las cetonas y los hidrocarburos terpénicos; después, los hidrocarburos aromáticos y alcanos; y, por último, los hidrocarburos alifáticos halogenados. En general, se determinó que las tasas de conversión eran muy alentadoras y los autores del estudio señalan que esto se logró con una caída de presión muy baja, apoyando así la propuesta de que los OCP podrían conducir a la conservación de la energía.
Sin embargo, hubo un resultado negativo de estos experimentos. Los investigadores descubrieron que, debido a la descomposición incompleta de los COV en la corriente de aire de entrada, había una producción neta de formaldehído, acetaldehído, ácido fórmico y ácido acético. Resulta especialmente preocupante que las concentraciones de salida de formaldehído y acetaldehído fueran 3,4 y 4,6 veces superiores a las de entrada, respectivamente. Tanto el formaldehído como el acetaldehído están reconocidos como importantes tóxicos de interior. El formaldehído está clasificado como carcinógeno humano. Las directrices gubernamentales sugieren mantener las concentraciones de formaldehído y acetaldehído en interiores a niveles muy bajos.
Mientras que la exposición a los COV de los dispositivos PCO crea formaldehído y acetaldehído, el dispositivo PCO también descompone estos compuestos. La cuestión es entonces si esto resulta en un aumento neto de estos compuestos en un ambiente interior. Utilizando un modelo basado en los resultados del estudio, los autores concluyen que las concentraciones de formaldehído y acetaldehído en el interior de un edificio de oficinas se triplicarían aproximadamente (dependiendo de las concentraciones y los tipos de COV).
En conclusión, los investigadores afirman que, si bien la eficacia de la conversión de los COV con el dispositivo PCO puede ser beneficiosa para el tratamiento a gran escala del aire en los edificios ocupados, los aumentos de formaldehído y acetaldehído deben investigarse más a fondo y cuantificarse mejor. Hay que trabajar para reducir la producción de formaldehído y acetaldehído o para combinar la tecnología con algún tipo de depurador para extraer los subproductos tóxicos antes de que vuelvan a entrar en el espacio ocupado.
Esta investigación continúa, como puede verse en las actas de la reunión del 7 de febrero de 2007 del Comité Federal Interinstitucional sobre Calidad del Aire Interior. El representante del Departamento de Energía (que es el mayor patrocinador de esta investigación) resumió los resultados anteriores y declaró que se están realizando experimentos utilizando varios tipos de depuradores de medios sorbentes después del dispositivo PCO. Los resultados iniciales muestran que un quimisorbente de permanganato de sodio tiene un potencial considerable.
Otro enfoque es mejorar la productividad de las reacciones de los COV y los radicales hidroxilo y otros ROS. La dificultad de esto es que es poco probable que las reacciones sean totales y no produzcan subproductos. En esas mismas actas de la CIAQ se señaló que los 10 COV analizados producían formaldehído. Otra cuestión es la velocidad del aire y el tiempo de exposición cerca del OCP. Las pruebas que se realizaron en el LBNL se hicieron a dos velocidades. Se observaron disminuciones significativas en los porcentajes de COV que se descomponían a medida que aumentaba la velocidad. Esto es lógico, ya que los COVs estarían en presencia de las EROs durante un periodo de tiempo más corto. Lo que hace que esto sea problemático es que la velocidad «alta» era sólo de 340 cfm. La mayoría de los sistemas residenciales producen al menos 1.000 cfm, mientras que los sistemas comerciales suelen tener una capacidad de 2.000 cfm. A estas velocidades más altas habría que suponer porcentajes aún más bajos de reacciones y niveles más altos de subproductos, aunque habría que seguir investigando para confirmarlo.
También hay que seguir trabajando en el uso de la oxidación fotocatalítica (PCO) en zonas donde hay fumadores. La reducción de los olores perceptibles en casas con fumadores o en lugares como bares y casinos es muy atractiva. Sin embargo, el humo de los cigarrillos tiene más de 1.000 sustancias químicas diferentes. No hay una buena investigación para determinar lo que proviene de las reacciones con estos más de 1.000 productos químicos y los radicales hidroxilo y otras especies reactivas del oxígeno (ROS) de los dispositivos PCO. Teniendo en cuenta los resultados que hemos visto con el humo de los cigarrillos y el ozono (otra ROS) y los resultados del estudio detallado anterior, es bastante seguro suponer que el formaldehído es uno de los subproductos. Qué otros subproductos, los niveles de esos subproductos y la posible producción de partículas ultrafinas son todas preguntas sin respuesta.
Lo que esto me ilustra es la complejidad del aire interior y los peligros de hacer suposiciones sobre los resultados de las reacciones químicas. Lo que se quiere es a menudo lo que no se consigue. Aunque la tecnología PCO es muy prometedora, en mi opinión, el «jurado aún no ha decidido» si debería recomendarse universalmente para los espacios interiores ocupados.