Inteligentne materiały same walczą z brudem i zanieczyszczeniem środowiska
Wszystko za sprawą niezwykłego związku chemicznego - dwutlenku tytanu. Pochłaniająca spaliny farba, w skład której on wchodzi, ma się pojawić w sprzedaży już w marcu
Materiały budowlane, które wysysają z powietrza toksyczne związki chemiczne, chwytają drobnoustroje chorobotwórcze, likwidują cuchnącą woń i same niszczą osadzający się na nich brud? To nie science fiction. W Japonii już sprzedaje się beton i płyty chodnikowe, które oczyszczają powietrze ze smogu i spalin. Badacze z koncernu Nipon Soda wynaleźli z kolei szkło, które nie wymaga pucowania, gdyż samo się oczyszcza. Firma Toto opracowała zaś ceramikę "połykającą" bakterie. Na razie przeznaczona jest ona dla szpitali, ale niedługo trafi także do domowych łazienek.
Największy sukces rynkowy badacze prorokują farbom, które wyłapują i likwidują zanieczyszczenie emitowane przez pojazdy. W porównaniu z innymi materiałami budowlanymi są one efektywniejsze i łatwiejsze w użyciu. Po co wymieniać chodniki i elewacje budynków, skoro można je pomalować? Warto nią pokryć także jezdnie, nad którymi przecież unosi się najwięcej spalin. Nowy produkt już w marcu ma się pojawić w sklepach Wielkiej Brytanii. Wkrótce potem jego sprzedaż rozpocznie się w kilku innych krajach europejskich.
Tlenek prowokator
Skład chemiczny farby i jej struktura były do niedawna pilnie strzeżonymi tajemnicami. Dopiero na początku lutego trochę szczegółów ujawniło brytyjskie przedsiębiorstwo Millennium Chemicals. To w jego laboratoriach, choć w dużym stopniu za pieniądze Unii Europejskiej, stworzono farbę. Ono też posiada patent na tę niezwykłą "pułapkę na zanieczyszczenia" i jest właścicielem marki, pod którą będzie sprzedawana.
Na razie farba będzie oferowana tylko w wersji białej, ale naukowcy dobierają już odpowiednie barwniki. Jak podkreślają w ostatnim numerze magazynu "New Scientist" wynalazcy, w mieście silnie zanieczyszczonym spalinami powinna ona spełniać swoją funkcję przez pięć lat. Po tym czasie nadal będzie usuwała spalinowe trucizny, ale z powodu zużycia się jednego z jej składników (węglanu wapnia - CaCO3) zacznie tracić kolory.
Farba "zjadająca" zanieczyszczenia to prawdziwy chemiczny majstersztyk. Trudno rozstrzygnąć, który jej składnik jest najważniejszy. Wypada jednak zacząć od dwutlenku tytanu (TiO2). Ten związek ma bardzo niecodzienną cechę - jego kryształy pochłaniają promieniowanie nadfioletowe wysyłane przez Słońce. Tak właśnie dwutlenek tytanu uzyskuje energię, za pomocą której inicjuje reakcje chemiczne. Uczestniczą w nich te cząsteczki, które przyczepiły się do powierzchni kryształu. Za swą śmiałość płacą wysoką cenę - zostają unicestwione w reakcji utlenienia. Przy tym sam TiO2 nie bierze udziału w tej niszczycielskiej zabawie. Zadowala go rola sprawcy całego zamieszania. Chemicy mówią, że pełni funkcję fotokatalizatora.
Rach, ciach, ciach i brud zgasł
Ale zalety dwutlenku tytanu to jednocześnie problem dla producentów nowego wynalazku. Tradycyjne bowiem preparaty chemiczne, z których obecnie wytwarza się spoiwa i wypełniacze farb, były szybko niszczone w reakcjach zainicjowanych przez sprytny fotokatalizator. Potrzeba było czegoś niestandardowego. Nad tym właśnie chemicy z Millennium Chemicals głowili się przez kilka lat. Na szczęście nie sami. Wspomagali ich pozostali uczestnicy sponsorowanego przez Unię Europejską programu PICADA (od ang. Photocatalytic Innovative Coverings Applications for Depolution Assessment). Łącznie - kilkadziesiąt osób.
W końcu pokonano przeszkodę. Sposób, w jaki to uczyniono, jest na miarę XXI wieku. Maleńkie kuleczki dwutlenku tytanu o średnicy zaledwie 30 nanometrów zanurzono w substancji zwanej polisiloksanem. To polimer, którego szkielet stanowią łańcuchy krzemu i tlenu. Jest bardzo odporny chemicznie, więc reakcje wszczynane przez dwutlenek tytanu mu nie grożą. Ma też - co ważne - porowatą strukturę. Dzięki temu toksyczne gazy spalinowe wnikają do wnętrza farby. Lgną do niej niczym muchy do lepu. Tam giną przerobione na kwas azotowy (HNO3), z którym z kolei rozprawia się węglan wapnia (również zatopiony w farbie w formie maleńkich kuleczek). Co zostaje na końcu? Trochę wody, dwutlenku węgla i azotanu wapnia. Po zanieczyszczeniach, przynajmniej w teorii, ani śladu.
Jak będzie w rzeczywistości, to dopiero się okaże. Testy terenowe jeszcze bowiem trwają. - Nie chcieliśmy czekać wiele lat na ich zakończenie. Próby wykonane na małych powierzchniach wykazały, że warstwa farby o standardowej grubości 0,3 mm redukuje o połowę ilość toksycznych związków azotu unoszących się nad jezdnią. Tak korzystny dla środowiska i naszego zdrowia produkt powinien jak najszybciej pojawić się na rynku - tłumaczy Robert McIntyre z Millennium Chemicals.
Japończycy mają na ten temat podobne zdanie. Zapewne także z tego powodu nie chciano zbyt długo czekać z premierą europejskiego produktu. Jak w każdej innej dziedzinie nowych technologii i tu trwa szaleńczy wyścig. Konkurencja nie śpi, a w tym przypadku zwłoka może kosztować utratę rynków w najbogatszych krajach świata, które są zarazem najsilniej zanieczyszczone spalinami.