Bratislava 8. júla (OTS) - Jeden z najväčších problémov ovzdušia interiérov budov nielen na Slovensku je vysoký obsah rôznych anorganických a organických prachových častíc a tiež aj rôznych mikroorganizmov vrátane ich patogénnych druhov. Zároveň v ovzduší budov je často aj vysoký obsah rôznych organických prchavých látok. Tie sú napríklad súčasťou bežných čistiacich prostriedkov, kozmetických produktov, tvoria hlavnú časť cigaretového dymu a zároveň môžu pochádzať aj z priemyselnej alebo poľnohospodárskej výroby a do interiérov sa dostávajú vetraním. Slovensko patrí v Európskej únii ku krajinám, ktoré sú najviac postihnuté závažnými pľúcnymi chorobami s vysokou úmrtnosťou a existuje tu ich priama súvislosť s kvalitou nášho ovzdušia. Dávno existujúci problém s výskytom vírusov v ovzduší interiérov nadobudol v roku 2020 mimoriadne hrozivé rozmery v podobe pandémie spôsobenej koronavírusom COVID-19.

Zlepšovanie kvality ovzdušia vo vonkajšom prostredí je náročná úloha vyžadujúca rôzne komplexné a dlhodobé riešenia. Naopak, zlepšenie jeho kvality v interiéroch budov je úloha omnoho jednoduchšia a dostupne riešiteľná. V súčasnosti existuje niekoľko metód, ktorými možno eliminovať negatívne účinky vyššie spomenutých mikroorganizmov, vírusov a látok. Existuje však unikátna metóda, dostupná už aj na Slovensku, ktorá je účinná ako v prípade uvedených mikroorganizmov, tak aj v prípade prchavých organických látok, vrátane tých nepríjemne zapáchajúcich. Táto metóda sa nazýva fotokatalytická oxidácia. Označuje sa skratkou PCO z anglického „photocatalytic oxidation“.

Čo je fotokatalytická oxidácia?
„Väčšina z nás si spomenie, že katalyzátor je látka, ktorá výrazne urýchľuje nejakú chemickú reakciu bez toho, aby sa sama pri tejto reakcii spotrebovávala. Toto zrýchlenie je zväčša obrovské, čo väčšinou znamená, že nejaký hmatateľný produkt reakcie bez použitia katalyzátora nie je možné získať. Na rozdiel od katalyzátora, fotokatalyzátor je taká látka, ktorá na urýchlenie reakcie potrebuje zároveň byť aj osvetľovaná nejakým typom žiarenia. Toto žiarenie vzbudí elektróny povrchových atómov katalyzátora, čím sa tento povrch stáva mimoriadne reaktívnym. Príslušná reakcia sa nazýva fotokatalýza“ vysvetľuje Prof. Ing. Karol Jesenák, CSc. z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave. Fotokatalytická oxidácia je teda reakcia, pri ktorej sa nejaká látka oxiduje fotokatalyzátorom pri súčasnom ožarovaní viditeľným alebo neviditeľným svetlom.

Aký je princíp eliminácie negatívnych účinkov mikroorganizmov a prchavých organických látok?
„Vo svojom základnom princípe je jednoduchý. V dôsledku fotokatalytickej oxidácie dochádza k výraznému poškodeniu molekúl stavebných štruktúr plesní, baktérií a vírusov, vďaka čomu sa stávajú neaktívne, a teda nie sú schopné rozmnožovať sa. Pri oxidácii prchavých látok vo vzduchu zasa dochádza k ich úplnému rozkladu“, dodáva profesor Karol Jesenák. Teda hlavným konečným produktom oxidácie sú najčastejšie dve neškodné látky, ktorými sú oxid uhličitý vo veľmi nízkych koncentráciách a voda. Vedľajším produktom môžu byť napríklad oxidy dusíka v takom prípade, ak rozkladaná látka obsahuje aj dusík. Ich koncentrácia je však veľmi nízka. Ako podobný príklad tohto procesu môžeme uviesť rozkladanie nebezpečných produktov nedokonalého spaľovania benzínu v automobiloch na vodu, oxid uhličitý a oxidy dusíka. Jedným z hlavných rozdielov je, že v automobiloch ide o klasickú katalýzu na nanočasticiach platiny zakotvených na povrchu keramickej pórovitej matrice.

Fotokatalyzátor na báze oxidu titaničitého
Fotokatalytické vlastnosti má viac látok, avšak pre čistenie vzduchu vnútorných priestorov budov sa takmer výlučne používa kombinácia dvoch foriem oxidu titaničitého: anatasu a rutilu. Zhodujeme sa a profesor dodáva: „Obidve formy majú rovnaký chemický vzorec TiO2, líšia sa ale svojou štruktúrou. Hlavné dôvody pre ich využitie sú tri: majú výborné fotokatalytické vlastnosti, sú to zdravotne neškodné látky a sú zároveň aj relatívne lacné. Tieto minerály sa vyskytujú v prírode ako súčasť hornín, ale aj ako samostatné kryštály, avšak pre využitie v technológii PCO sa využívajú fotokatalyzátory v podobe syntetických látok, za ktorých vývojom sú roky poctivého vedeckého výskumu a vylepšovania. Tu treba poznamenať, že je veľký rozdiel v tom, či nám postačuje fotokatalytická reaktivita TiO2 v obyčajných náterových pigmentoch, alebo či budeme fotokatalýzou čistiť kontaminované vody, vzduch v interiéroch budov, alebo dokonca vzduch v medzinárodnej vesmírnej stanici ISS, alebo v kabínach kozmických lodí. Pri návrhu fotokatalytickej jednotky PCO boli uplatnené aj skúsenosti pri čistení vzduchu v týchto vesmírnych projektoch“.

Foto: www.freepik.com - Designed by rawpixel.com

Ako funguje PCO jednotka
Fotokatalytitickú jednotku PCO technológie tvoria dve hlavné časti. Prvou je fotokatalyzátor v tvare včelieho plástu tvorený viaczložkovou zliatinou s obsahom vyššie spomenutých foriem oxidu titaničitého. Druhou časťou je naň nasmerovaný zdroj ultrafialového (UV) žiarenia, ktoré má tiež dezinfekčné účinky. Fotokatalyzár je navrhnutý tak, aby kládol čistenému vzduchu čo najmenší prietokový odpor, ale zároveň aby bol vzduch v čo najlepšom styku s jeho povrchom. Keďže ide o dve protichodné požiadavky, dĺžka a veľkosť kanálikov plástu sú navrhnuté ako kompromisné riešenie v prospech obidvoch požiadaviek. „Cez plástovú štruktúru PCO jednotky však nemusí pretekať celý objem čisteného vzduchu, pretože jeho oxidačná dekontaminácia neprebieha iba na povrchu katalyzátora, ale aj v jeho okolí“ dopĺňa profesor Karol Jesenák. Toto je hlavná výhoda PCO technológie, pretože okrem vzduchu vo vzduchotechnike čistí aj povrchy v miestnostiach, kam tento vzduch prúdi.
Presný chemický proces opäť najlepšie vysvetľujú slova profesora: „Pri oxidácií je primárnou tvorba radikálov a skupín atómov obsahujúcich kyslík na povrchu fotokatalyzátora. Tie následne vzájomne reagujú za tvorby peroxidu vodíka, molekulárneho kyslíka a prípadne aj ďalších kyslík obsahujúcich radikálov, a tak čistia vzduch od patogénnych prvkov. Nutnou podmienkou pre priebeh týchto reakcií je však prítomnosť molekúl vody, čo znamená, že čistený vzduch by mal obsahovať určité minimálne množstvo vodných pár, ktoré zodpovedá relatívnej vzdušnej vlhkosti na úrovni 20%. K ničeniu mikroorganizmov však významne prispieva aj samotné UV žiarenie. Tu je potrebné poznamenať, že peroxid vodíka, podieľajúci sa na oxidačných reakciách je dosť agresívnou chemickou látkou. V PCO jednotke sa však tvorí v koncentrácii, ktorá je síce postačujúca pre oxidáciu vyššie spomenutých látok, avšak pre človeka nepredstavuje zdravotné riziko. Navyše sa obsah tejto látky vo vzduchu rýchlo znižuje práve jej spotrebou v oxidačných reakciách. Koncentrácia H2O2 v čistenom vzduchu nepresahuje hodnotu 0,02 ppm, čo predstavuje jednu molekulu H2O2 na 50 miliónov molekúl vo vzduchu.“

Inštalácia a použitie PCO jednotiek
Existuje niekoľko jednotiek, ktoré boli navrhnuté jednak na priamu inštaláciu do nových vzduchotechnických rozvodov a zároveň aj do už existujúcich potrubných trás, prípadne priamo do komôr vzduchotechnických jednotiek. Okrem týchto potrubných dezinfekčných jednotiek je dostupná aj kompaktná FC jednotka, ktorú možno vďaka malým rozmerom inštalovať do nástenných, kazetových a stropných klimatizačných jednotiek. Taktiež je možná jej inštalácia do vodou chladených alebo vodou vykurovaných klimatizačných zariadení (takzvaných fan coilov). Jednotky sa podľa ich cieľového využitia líšia najmä v hodnotách povoleného maximálneho prietoku vzduchu, vďaka čomu možno zvoliť optimálny výber PCO jednotky pre konkrétne využitie a pre konkrétny objem čisteného vnútorného priestoru. Vo všetkých prípadoch dokážu PCO jednotky výrazne skvalitniť vetrací vzduch privádzaný do vetraného priestoru a tak zabezpečiť zdravé prostredie v práci alebo doma.

Odborný garant článku: Prof. Ing. Karol Jesenák, CSc. z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave