Pesquisa no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley conclui que a Oxidação Fotocatalítica (PCO) reduz os COV’s internos mas pode produzir formaldeído como subproduto.
Uma nova tecnologia muito promissora para a redução de Compostos Orgânicos Voláteis (COV’s) em ambientes internos é a Oxidação Fotocatalítica (PCO). Este processo expõe a luz ultravioleta a um catalisador como o dióxido de titânio para produzir principalmente radicais hidroxil (OH). Estes radicais hidroxil são extremamente reactivos e podem oxidar ou “decompor” COV’s típicos em ambientes interiores. O objectivo deste estudo realizado por A.T. Hodgson, D.P. Sullivan e W.J. Fisk intitulado “Evaluation of ultra-violet photocatalytic oxidation (UVPCO) for indoor air applications: conversion of volatile organic compounds at low part-per-billion concentrations” (LBNL-58936) foi para determinar se este processo poderia ser usado para reduzir os COV’s internos na medida em que “a qualidade aceitável do ar interno em edifícios de escritórios poderia ser alcançada com menos energia através da combinação de sistemas eficazes de limpeza do ar para COV’s com filtragem de partículas do que através da utilização exclusiva de ventilação.”
Os investigadores salientam que a maioria dos estudos desta tecnologia foi realizada em ambientes de laboratório. A grande maioria destas investigações tem empregado concentrações relativamente grandes de apenas alguns COV’s principalmente para compreender melhor o processo de PCO’s. Este estudo foi concebido para simular concentrações baixas de COV que seriam encontradas em ambientes interiores reais.
Teoricamente todos os COV’s serão decompostos em dióxido de carbono e água. No entanto, em muitos casos, as reacções para receber este estado final têm numerosas fases, podem ser complexas e podem produzir subprodutos intermediários relativamente estáveis. A questão é se o processo de Oxidação Fotocatalítica pode ou não reagir suficientemente rápido e completamente com os COVs para neutralizá-los e não criar COVs nocivos como subprodutos não intencionais.
Para testar isso, os pesquisadores criaram três misturas de COVs desafiadoras. Uma era uma combinação de 27 COV’s comumente encontrados em edifícios de escritórios. A segunda foi uma mistura de três produtos de limpeza comumente usados – um limpador à base de óleo de pinho, um limpador à base de 2-butoxietanol, e um limpador à base de óleo de laranja (ou seja, d-limonene). O terceiro consistia de uma mistura de COV’s comumente emitidos por produtos de construção como painéis pintados para paredes, madeiras compostas, carpetes e pisos vinílicos. As velocidades do fluxo de ar e as concentrações de COV foram variadas com cada mistura para criar um total de nove experiências. Foram feitas medições dos COV’s de entrada e dos COV’s de saída de passagem única. Outros experimentos também foram realizados com apenas uma mistura de formaldeído e acetaldeído e o dispositivo PCO.
Generalmente, as eficiências das conversões dos COV’s dos desafios variaram pelo tipo de COV’s e pela velocidade do fluxo de ar. Curiosamente, a concentração dos COV’s desafiantes não teve muito efeito. Apesar do aumento das concentrações em duas ou três vezes a Taxa de Entrega de Ar Limpo (CADR) permaneceu praticamente a mesma. Para os COV’s do produto de limpeza, as eficiências de reacção variaram entre 20% e 80%. Para a mistura de COV do produto de construção, as eficiências de reacção variaram entre não significativos e até 80%. As eficiências de conversão da mistura de aldeído variaram entre 18% e 49%. Geralmente, a eficiência das conversões se dividiu na seguinte ordem, sendo os mais eficazes os álcoois e éteres glicólicos; depois aldeídos, cetonas e hidrocarbonetos terpénicos; depois hidrocarbonetos aromáticos e alcanos; e finalmente hidrocarbonetos alifáticos halogenados. Em geral, as taxas de conversão foram determinadas como muito encorajadoras e os autores do estudo salientam que isto foi conseguido com uma queda de pressão muito baixa, apoiando assim a proposta de que os PCO’s poderiam levar à conservação de energia.
No entanto, houve um resultado negativo destas experiências. Os pesquisadores descobriram que devido à decomposição incompleta dos COV’s na corrente de ar de entrada, houve uma produção líquida de formaldeído, acetaldeído, ácido fórmico e ácido acético. Particularmente preocupante foi que as concentrações de saída de formaldeído e acetaldeído foram 3,4 e 4,6 vezes as concentrações na entrada, respectivamente. Tanto o formaldeído como o acetaldeído são reconhecidos como importantes tóxicos de interior. O formaldeído é classificado como um carcinógeno humano. Diretrizes governamentais sugerem manter as concentrações internas de formaldeído e acetaldeído em níveis muito baixos.
Embora a exposição de COV aos dispositivos PCO crie formaldeído e acetaldeído, o dispositivo PCO também decompõe esses compostos. A questão torna-se então se isto resulta ou não num aumento líquido destes compostos num ambiente interior. Usando modelagem baseada nos resultados do estudo, os autores concluem que haveria aproximadamente um aumento de três vezes nas concentrações de formaldeído e acetaldeído em ambientes internos com um PCO operando em um escritório (dependendo das concentrações e tipos de COV’s).
Em conclusão, os pesquisadores afirmam que enquanto as eficiências de conversão de COV com o dispositivo PCO podem ser benéficas para o tratamento em larga escala do ar em edifícios ocupados, os aumentos de formaldeído e acetaldeído precisam ser pesquisados e melhor quantificados. É preciso trabalhar para reduzir a produção de formaldeído e acetaldeído ou para combinar a tecnologia com algum tipo de purificador para retirar os subprodutos tóxicos antes que eles sejam trazidos de volta ao espaço ocupado.
Esta pesquisa continua como pode ser visto na ata da reunião de 7 de fevereiro de 2007 do Comitê Federal Interagencial sobre Qualidade do Ar Interior. O representante do Departamento de Energia (que é o maior patrocinador desta pesquisa) resumiu os resultados acima e afirmou que os experimentos estão sendo conduzidos utilizando vários tipos de purificadores de meio adsorvente a jusante do dispositivo PCO. Os resultados iniciais mostram que um permanganato de sódio tem um potencial considerável.
Outra abordagem é melhorar a produtividade das reações dos COV’s e dos radicais hidroxila e outros ROS. A dificuldade com isto é que é improvável que as reações sejam totais e não produzam nenhum subproduto. Nesses mesmos minutos do CIAQ, observou-se que todos os 10 COV’s testados produziam formaldeído. Outra questão é a velocidade do ar e o tempo de exposição perto do PCO. Os testes que foram realizados no LBNL foram feitos a duas velocidades. Descidas significativas foram observadas nas percentagens de COV’s que foram quebradas à medida que a velocidade foi aumentando. Isto é evidente uma vez que os COV’s estariam na presença dos ROS’s por um período de tempo mais curto. O que torna isto problemático é que a “alta” velocidade era de apenas 340 cfm. A maioria dos sistemas residenciais produz pelo menos 1.000 cfm enquanto os sistemas comerciais são geralmente classificados em 2.000 cfm. A estas velocidades mais altas, seria necessário assumir percentagens ainda mais baixas de reacções e níveis mais elevados de subprodutos, embora fosse necessário fazer mais pesquisas para confirmar isto.
Outros trabalhos também precisam ser feitos sobre o uso da Oxidação Fotocatalítica (PCO) em áreas onde se tem fumadores. A redução de odores discerníveis para casas com fumantes ou lugares como bares e cassinos é muito atraente. No entanto, o fumo do cigarro tem mais de 1.000 produtos químicos diferentes. Falta uma boa pesquisa para determinar o que vem das reacções com estes 1.000 mais químicos e os radicais hidroxila e outras espécies de oxigénio reactivo (ROS) dos dispositivos PCO. Dados os resultados que vimos com a fumaça do cigarro e o ozônio (outra ROS) e os resultados do estudo detalhado acima, é uma suposição bastante segura fazer com que o formaldeído seja um dos subprodutos. Que outros subprodutos, os níveis desses subprodutos e a possível produção de partículas ultrafinas são questões sem resposta.
O que isto me ilustra é a complexidade do ar interior e os perigos de fazer suposições sobre os resultados das reacções químicas. O que você quer é muitas vezes o que você não consegue. Embora a tecnologia PCO seja muito promissora, na minha mente, o “júri ainda está fora” sobre se deve ou não ser universalmente recomendada para espaços interiores ocupados.