Hormigón fotocatalítico

El hormigón fotocatalítico es una formulación de hormigón utilizada como adoquines y otros elementos estructurales que incluye dióxido de titanio (TiO₂ ₎ como aditivo o capa superficial. El dióxido de titanio es un fotocatalizador heterogéneo que utiliza la luz solar y la humedad para absorber y transformar los óxidos de nitrógeno ( NO y NO₂ ₎ en iones nitrato (NO₃⁻ ₎ ^, que luego son arrastrados por la lluvia o se incorporan al hormigón para formar compuestos estables. ^{[ 1 ]}

La técnica del hormigón fotocatalítico se utilizó por primera vez en arquitectura durante la construcción de la iglesia italiana de Dio Padre Misericordioso. La construcción de Richard Meier, también conocida como la Iglesia del Jubileo ^{[ 2 ],} se limitó al 2000 aniversario del cristianismo que se celebró en el año 2000. Para evitar la limpieza frecuente de las "velas" de hormigón de la nueva iglesia, se utilizó un nuevo desarrollo: un revestimiento blanco autolimpiante para las paredes. ^{[ 3 ]} Sin embargo, en aquel entonces se desconocía que este yeso colorante, que contiene dióxido de titanio y pigmento blanco, absorbe los gases de escape y otros elementos de la niebla urbana. Este descubrimiento planteó la cuestión de la amplia aplicación de materiales similares en la construcción urbana. Según los estudios, el aire a una distancia de 2,5 m de una fachada revestida con dióxido de titanio contiene un 70 % menos de diversos productos de combustión que otros edificios de la ciudad. Por lo tanto, las personas inhalan menos sustancias nocivas al pasar por los edificios tratados de esta manera. También se están considerando opciones para utilizar cemento fotocatalítico para cubrir carreteras asfaltadas. Como experimento, se utilizó en un tramo de 230 metros de autopista cerca de Milán. Las mediciones permitieron observar que, con una carga de tráfico promedio de 1000 vehículos por hora en esta carretera, la reducción de óxidos de nitrógeno en el aire a nivel del suelo fue del 60 %. ^{[ 4 ]} Algunos se mostraron escépticos ante este hallazgo: en su opinión, es necesario reducir el nivel de emisiones de sustancias nocivas, y no eliminar su consecuencia: el esmog. Además, la eficacia de prácticamente todos los catalizadores disminuye con el paso del tiempo.

Cuando el dióxido de titanio se expone a la radiación ultravioleta de la luz solar , absorbe dicha radiación y se produce la excitación de los electrones . A continuación, tienen lugar las siguientes reacciones en la superficie de los cristales de dióxido de titanio:

Fotólisis del agua :

H₂O → H⁺ ⁺ OH ( _radical hidroxilo ) + ^e⁻

O ₂ + e ⁻ → O ₂ ⁻ (un ion superóxido )

Por lo tanto, la reacción general es:

H₂O + _O₂ → H⁺ ⁺ O₂⁻ ⁺ _OH​

El radical hidroxilo es un potente agente oxidante y puede oxidar el dióxido de nitrógeno a iones nitrato :

NO ₂ + OH → H ⁺ + NO ₃ ⁻

El ion superóxido también es capaz de formar iones nitrato a partir de monóxido de nitrógeno :

NO + O ₂ ⁻ → NO ₃ ⁻

La oxidación de NO _x a iones nitrato se produce muy lentamente en condiciones atmosféricas normales debido a las bajas concentraciones de las reacciones. La oxidación fotoquímica con dióxido de titanio es mucho más rápida debido a la energía absorbida por el recubrimiento del bloque y también porque los reactivos se mantienen unidos en la superficie del mismo. La reacción con dióxido de titanio muestra un mayor poder oxidante que la mayoría de los demás catalizadores metálicos.

Los bloques fotocatalíticos han sustituido al pavimento convencional en unas 30 ciudades de Japón . Inicialmente se probaron en Osaka en 1997 y se han utilizado en la Ciudad de Westminster (Londres) . El objetivo de estos bloques es reducir los niveles de contaminación atmosférica y, por lo tanto, disminuir la cantidad de smog fotoquímico .