A Lawrence Berkeley National Laboratory kutatása szerint a fotokatalitikus oxidáció (PCO) csökkenti a beltéri VOC-okat, de melléktermékként formaldehid keletkezhet.
A beltéri környezetben lévő illékony szerves vegyületek (VOC) csökkentésére szolgáló, nagyon ígéretes új technológia a fotokatalitikus oxidáció (PCO). Ez a folyamat ultraibolya fényt tesz ki egy katalizátornak, például titán-dioxidnak, hogy elsősorban hidroxilgyökök (OH) keletkezzenek. Ezek a hidroxilgyökök rendkívül reaktívak, és képesek oxidálni vagy “lebontani” a beltéri környezetben található tipikus VOC-okat. Az A.T. Hodgson, D.P. Sullivan és W.J. Fisk “Evaluation of ultra-violet photocatalytic oxidation (UVPCO) for indoor air applications: conversion of volatile organic compounds at low part-per-billion concentrations” (LBNL-58936) című kutatásának célja annak megállapítása volt, hogy ez az eljárás alkalmazható-e a beltéri VOC-k csökkentésére olyan mértékben, hogy “irodaházak elfogadható beltéri levegőminőségét kevesebb energiával lehetne elérni a VOC-k hatékony légtisztító rendszereinek a részecskeszűréssel való kombinálásával, mintha kizárólag a szellőzésre támaszkodnánk.”
A kutatók rámutatnak, hogy az ezzel a technológiával kapcsolatos legtöbb tanulmányt laboratóriumi körülmények között végezték. E vizsgálatok nagy többsége mindössze néhány VOC viszonylag nagy koncentrációját alkalmazta, elsősorban a PCO-folyamat jobb megértése érdekében. Ezt a vizsgálatot úgy tervezték, hogy olyan alacsony VOC-koncentrációkat szimuláljanak, amelyek a valós beltéri környezetben találhatók.
elméletileg minden VOC szén-dioxidra és vízre bomlik. Azonban sok esetben az e végállapot eléréséhez vezető reakciók számos szakaszból állnak, összetettek lehetnek, és viszonylag stabil köztes melléktermékeket termelhetnek. A kérdés az, hogy a fotokatalitikus oxidációs folyamat képes-e elég gyorsan és teljes mértékben reagálni a VOC-okkal ahhoz, hogy semlegesítse azokat, és ne keletkezzenek káros VOC-ok nem kívánt melléktermékként.
Azért, hogy ezt teszteljék, a kutatók három kihívást jelentő VOC-keveréket hoztak létre. Az egyik 27, az irodaházakban gyakran előforduló VOC kombinációja volt. A második három általánosan használt tisztítószer keveréke volt – egy fenyőolaj alapú tisztítószer, egy 2-butoxietanolt használó tisztítószer és egy narancsolaj (azaz d-limonén) alapú tisztítószer. A harmadik olyan VOC-k keverékéből állt, amelyeket általában az olyan építőipari termékek bocsátanak ki, mint a festett falécek, a kompozit faanyagok, a szőnyegek és a vinil padlóburkolatok. A légáramlási sebességeket és a VOC-koncentrációkat az egyes keverékeknél változtattuk, így összesen kilenc kísérletet végeztünk. Méréseket végeztek a beszívott VOC-koncentrációról és az egyszeri áthaladással kiáramló VOC-koncentrációról. Más kísérleteket is végeztek csak formaldehid és acetaldehid keverékkel és a PCO készülékkel.
A kihívást jelentő VOC-k átalakításának hatékonysága általában a VOC típusától és a légáram sebességétől függően változott. Érdekes módon a kihívó VOC-k koncentrációja nem volt nagy hatással. A koncentráció két-háromszorosára való növelése ellenére a tiszta levegő leadási aránya (CADR) körülbelül ugyanannyi maradt. A tisztítószer VOC-ok esetében a reakcióhatásfok 20% és 80% között változott. Az építőipari termékek VOC-keveréke esetében a reakcióhatásfok nem jelentős és akár 80% között változott. Az aldehidkeverék átalakítási hatásfoka 18% és 49% között mozgott. Általában az átalakítások hatékonysága a következő sorrendben bomlott le: a leghatékonyabbak az alkoholok és a glikoléterek, majd az aldehidek, ketonok és terpén szénhidrogének, aztán az aromás és alkán szénhidrogének, végül a halogénezett alifás szénhidrogének. Általánosságban az átalakulási arányokat nagyon biztatónak határozták meg, és a tanulmány szerzői rámutatnak, hogy ezt nagyon alacsony nyomásesés mellett érték el, ami alátámasztja azt a feltevést, hogy a PCO-k energiamegtakarításhoz vezethetnek.
Ezekből a kísérletekből azonban negatívum is származott. A kutatók megállapították, hogy a belépő légáramban lévő VOC-ok nem teljes bomlása miatt nettó formaldehid, acetaldehid, hangyasav és ecetsav keletkezett. Különösen aggasztó volt, hogy a formaldehid és az acetaldehid kimeneti koncentrációja 3,4-szerese, illetve 4,6-szerese volt a bemeneti koncentrációnak. Mind a formaldehidet, mind az acetaldehidet fontos beltéri mérgező anyagként ismerik el. A formaldehidet emberi rákkeltő anyagnak minősítik. A kormányzati irányelvek azt javasolják, hogy a formaldehid és az acetaldehid beltéri koncentrációját nagyon alacsony szinten tartsák.
Míg a PCO-készülékek VOC-expozíciója formaldehidet és acetaldehidet hoz létre, a PCO-készülék bontja is ezeket a vegyületeket. A kérdés ekkor az, hogy ez a beltéri környezetben e vegyületek nettó növekedését eredményezi-e vagy sem. A tanulmány eredményein alapuló modellezéssel a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a beltéri formaldehid- és acetaldehid-koncentráció nagyjából háromszorosára nőne egy irodai épületben működő PCO-berendezéssel (a VOC-k koncentrációjától és típusától függően).
A kutatók megállapítják, hogy bár a PCO-berendezés VOC-átalakítási hatékonysága előnyös lehet a lakott épületek levegőjének nagymértékű kezelése szempontjából, a formaldehid és acetaldehid növekedését tovább kell kutatni és jobban kell számszerűsíteni. Munkát kell végezni a formaldehid és acetaldehid termelésének csökkentése érdekében, vagy a technológiát valamilyen mosóberendezéssel kell kombinálni, hogy a mérgező melléktermékeket eltávolítsák, mielőtt azok visszakerülnének a lakott térbe.
A kutatás folytatódik, amint az a beltéri levegő minőségével foglalkozó szövetségi ügynökségek közötti bizottság 2007. február 7-i ülésének jegyzőkönyvéből kiderül. Az Energiaügyi Minisztérium (amely e kutatás legnagyobb szponzora) képviselője összefoglalta a fenti eredményeket, és kijelentette, hogy a PCO-berendezés után többféle szorbens közegű mosóval végeznek kísérleteket. A kezdeti eredmények azt mutatják, hogy a nátrium-permanganát kemorbens jelentős potenciállal rendelkezik.
Egy másik megközelítés a VOC-ok és a hidroxilgyökök és más ROS-ok reakcióinak termelékenységének javítása. A nehézség ezzel kapcsolatban az, hogy nem valószínű, hogy a reakciók valaha is teljesek lesznek, és nem keletkeznek melléktermékek. Ugyanebben a CIAQ jegyzőkönyvben elhangzott, hogy mind a 10 vizsgált VOC formaldehidet termelt. Egy másik kérdés a levegő sebessége és az expozíciós idő a PCO közelében. Az LBNL-ben végzett vizsgálatokat kétféle sebességgel végezték. A sebesség növelésével jelentősen csökkent a lebomló VOC-k százalékos aránya. Ez érthető, mivel a VOC-ok rövidebb ideig vannak jelen a ROS-ok jelenlétében. A problémát az okozta, hogy a “nagy” sebesség csak 340 cfm volt. A legtöbb lakossági rendszer legalább 1000 cfm-t termel, míg a kereskedelmi rendszerek általában 2000 cfm-re vannak méretezve. Ezeknél a magasabb sebességeknél még alacsonyabb reakciószázalékot és magasabb melléktermékszintet kellene feltételezni, bár ennek megerősítéséhez további kutatásokat kellene végezni.
A fotokatalitikus oxidáció (PCO) olyan területeken történő alkalmazásával kapcsolatban is további munkát kell végezni, ahol dohányosok vannak. Az érzékelhető szagok csökkentése olyan házak esetében, ahol dohányosok vannak, vagy olyan helyeken, mint a bárok és kaszinók, nagyon vonzó. A cigarettafüst azonban több mint 1000 különböző vegyi anyagot tartalmaz. Hiányoznak a jó kutatások annak meghatározására, hogy mi származik e több mint 1000 vegyi anyag és a hidroxilgyökök, valamint a PCO-berendezésekből származó egyéb reaktív oxigénfajok (ROS) reakcióiból. A cigarettafüst és az ózon (egy másik ROS) esetében tapasztalt eredmények, valamint a fenti részletes tanulmány eredményei alapján elég biztonságos feltételezés, hogy a formaldehid az egyik melléktermék. Milyen más melléktermékek, ezek szintje és az ultrafinom részecskék lehetséges keletkezése mind megválaszolatlan kérdések.
Az, amit ez számomra szemléltet, az a beltéri levegő összetettsége és a kémiai reakciók kimenetelére vonatkozó feltételezések veszélye. Amit szeretnénk, azt gyakran nem kapjuk meg. Bár a PCO technológia nagyon ígéretes, véleményem szerint az “esküdtszék még nem döntött” arról, hogy általánosan ajánlott-e vagy sem a beltéri lakott terek számára.