Une recherche menée au Lawrence Berkeley National Laboratory révèle que l’oxydation photocatalytique (PCO) réduit les COV dans les environnements intérieurs mais pourrait produire du formaldéhyde en tant que sous-produit.
Une nouvelle technologie très prometteuse pour la réduction des composés organiques volatils (COV) dans les environnements intérieurs est l’oxydation photocatalytique (PCO). Ce procédé expose la lumière ultraviolette à un catalyseur tel que le dioxyde de titane pour produire principalement des radicaux hydroxyle (OH). Ces radicaux hydroxyles sont extrêmement réactifs et peuvent oxyder ou « décomposer » les COV typiques des environnements intérieurs. L’objectif de cette étude menée par A.T. Hodgson, D.P. Sullivan et W.J. Fisk intitulée « Evaluation of ultra-violet photocatalytic oxidation (UVPCO) for indoor air applications : conversion of volatile organic compounds at low part-per-billion concentrations » (LBNL-58936) était de déterminer si ce procédé pouvait être utilisé pour réduire les COV intérieurs dans la mesure où « une qualité acceptable de l’air intérieur dans les immeubles de bureaux pourrait être obtenue avec moins d’énergie en combinant des systèmes efficaces de nettoyage de l’air pour les COV avec la filtration des particules qu’en s’appuyant uniquement sur la ventilation. »
Les chercheurs soulignent que la plupart des études sur cette technologie ont été menées en laboratoire. La grande majorité de ces enquêtes ont employé des concentrations relativement importantes de quelques COV seulement, principalement pour mieux comprendre le processus de PCO. Cette étude a été conçue pour simuler de faibles concentrations de COV que l’on pourrait trouver dans des environnements intérieurs réels.
Théoriquement, tous les COV seront décomposés en dioxyde de carbone et en eau. Cependant, dans de nombreux cas, les réactions pour obtenir cet état final ont de nombreuses étapes, peuvent être complexes et peuvent produire des sous-produits intermédiaires relativement stables. La question est de savoir si le processus d’oxydation photocatalytique peut réagir assez rapidement et assez complètement avec les COV pour les neutraliser et ne pas créer de COV nocifs comme sous-produits involontaires.
Pour tester cela, les chercheurs ont créé trois mélanges de COV de défi. Le premier était une combinaison de 27 COV que l’on trouve couramment dans les immeubles de bureaux. Le second était un mélange de trois produits de nettoyage couramment utilisés – un nettoyant à base d’huile de pin, un nettoyant utilisant du 2-butoxyéthanol, et un nettoyant à base d’huile d’orange (c’est-à-dire de d-limonène). La troisième consistait en un mélange de COV couramment émis par les produits de construction tels que les panneaux muraux peints, les bois composites, les moquettes et les revêtements de sol en vinyle. Les vitesses d’écoulement de l’air et les concentrations de COV ont été modifiées avec chaque mélange pour créer un total de neuf expériences. Les mesures des COV à l’entrée et des COV à la sortie en un seul passage ont été effectuées. D’autres expériences ont également été menées avec seulement un mélange de formaldéhyde et d’acétaldéhyde et le dispositif PCO.
Généralement, les efficacités des conversions des COV de défi variaient selon le type de COV et la vitesse du flux d’air. Il est intéressant de noter que la concentration des COV n’a pas eu beaucoup d’effet. Bien que les concentrations aient été multipliées par deux ou trois, le débit d’air pur (CADR) est resté à peu près le même. Pour les COV des produits de nettoyage, les efficacités de réaction variaient entre 20 et 80 %. Pour le mélange de COV des produits de construction, les efficacités de réaction variaient entre non significatives et jusqu’à 80 %. Les efficacités de conversion du mélange d’aldéhydes variaient entre 18% et 49%. En général, l’efficacité des conversions se décompose dans l’ordre suivant, les plus efficaces étant les alcools et les éthers de glycol ; puis les aldéhydes, les cétones et les hydrocarbures terpéniques ; puis les hydrocarbures aromatiques et les alcanes ; et enfin les hydrocarbures aliphatiques halogénés. En général, les taux de conversion ont été déterminés comme étant très encourageants et les auteurs de l’étude soulignent que cela a été réalisé avec une très faible chute de pression, ce qui soutient la proposition selon laquelle les PCO pourraient conduire à une conservation de l’énergie.
Cependant, un point négatif est ressorti de ces expériences. Les chercheurs ont constaté qu’en raison de la décomposition incomplète des COV dans le flux d’air d’entrée, il y avait une production nette de formaldéhyde, d’acétaldéhyde, d’acide formique et d’acide acétique. Il est particulièrement préoccupant de constater que les concentrations de formaldéhyde et d’acétaldéhyde à la sortie étaient respectivement 3,4 et 4,6 fois supérieures aux concentrations à l’entrée. Le formaldéhyde et l’acétaldéhyde sont tous deux reconnus comme des toxiques intérieurs importants. Le formaldéhyde est classé comme cancérigène pour l’homme. Les directives gouvernementales suggèrent de maintenir les concentrations intérieures de formaldéhyde et d’acétaldéhyde à des niveaux très bas.
Si l’exposition aux COV des dispositifs PCO crée du formaldéhyde et de l’acétaldéhyde, le dispositif PCO décompose également ces composés. La question est alors de savoir si cela entraîne ou non une augmentation nette de ces composés dans un environnement intérieur. En utilisant une modélisation basée sur les résultats de l’étude, les auteurs concluent qu’il y aurait environ un triplement des concentrations intérieures de formaldéhyde et d’acétaldéhyde avec un PCO fonctionnant dans un immeuble de bureaux (en fonction des concentrations et des types de COV).
En conclusion, les chercheurs déclarent que si les efficacités de conversion des COV avec le dispositif PCO peuvent être bénéfiques pour le traitement à grande échelle de l’air dans les bâtiments occupés, les augmentations de formaldéhyde et d’acétaldéhyde doivent être étudiées plus avant et mieux quantifiées. Des travaux doivent être effectués pour réduire la production de formaldéhyde et d’acétaldéhyde ou pour combiner la technologie avec une sorte d’épurateur afin d’extraire les sous-produits toxiques avant qu’ils ne soient ramenés dans l’espace occupé.
Cette recherche se poursuit comme le montre le procès-verbal de la réunion du 7 février 2007 du Federal Interagency Committee on Indoor Air Quality. Le représentant du département de l’énergie (qui est le plus grand sponsor de cette recherche) a résumé les résultats ci-dessus et a déclaré que des expériences sont menées en utilisant plusieurs types d’épurateurs à support absorbant en aval du dispositif PCO. Les premiers résultats montrent qu’un chimisorbant à base de permanganate de sodium a un potentiel considérable.
Une autre approche consiste à améliorer la productivité des réactions des COV et des radicaux hydroxyles et autres ROS. La difficulté de cette approche est qu’il est peu probable que les réactions soient jamais totales et ne produisent aucun sous-produit. Dans ce même compte-rendu du CIAQ, il a été souligné que les 10 COV testés ont produit du formaldéhyde. Un autre problème est la vitesse de l’air et le temps d’exposition à proximité du PCO. Les tests effectués au LBNL ont été réalisés à deux vitesses. Des diminutions significatives ont été observées dans les pourcentages de COV qui ont été décomposés lorsque la vitesse a été augmentée. Cela va de soi puisque les COV sont en présence des ROS pendant une période plus courte. Ce qui est gênant, c’est que la vitesse « élevée » n’était que de 340 cfm. La plupart des systèmes résidentiels produisent au moins 1 000 pcm, tandis que les systèmes commerciaux ont généralement une capacité de 2 000 pcm. À ces vitesses plus élevées, il faudrait supposer des pourcentages encore plus faibles de réactions et des niveaux plus élevés de sous-produits bien que des recherches supplémentaires devraient être effectuées pour le confirmer.
Des travaux supplémentaires doivent également être effectués sur l’utilisation de l’oxydation photocatalytique (PCO) dans les zones où vous avez des fumeurs. La réduction des odeurs discernables pour les maisons avec des fumeurs ou des endroits comme les bars et les casinos est très attrayante. Cependant, la fumée de cigarette contient plus de 1 000 substances chimiques différentes. On manque de recherches de qualité pour déterminer ce qui provient des réactions entre ces plus de 1 000 produits chimiques et les radicaux hydroxyles et autres espèces réactives de l’oxygène (ROS) des appareils PCO. Compte tenu des résultats obtenus avec la fumée de cigarette et l’ozone (une autre espèce réactive de l’oxygène) et des résultats de l’étude détaillée ci-dessus, on peut supposer que le formaldéhyde est l’un des sous-produits. Quels autres sous-produits, les niveaux de ces sous-produits et la production possible de particules ultrafines sont autant de questions sans réponse.
Ce que cela illustre pour moi, c’est la complexité de l’air intérieur et les dangers de faire des hypothèses sur les résultats des réactions chimiques. Ce que vous voulez est souvent ce que vous n’obtenez pas. Bien que la technologie PCO soit très prometteuse, dans mon esprit, le « jury n’a pas encore décidé » si elle doit être universellement recommandée pour les espaces intérieurs occupés.