In combinazione con i materiali giusti, i raggi del sole possono fare miracoli:puliscono le facciate degli edifici e decompongono gli inquinanti presenti nell'aria o nell'acqua. La parola magica è fotocatalisi. In pratica, anche se, l'efficacia di questa "cura miracolosa" varia notevolmente, a seconda del materiale utilizzato e dei fattori ambientali. Con un nuovo dispositivo di misurazione, i ricercatori ora vogliono determinare l'efficacia fotocatalitica delle superfici in modo più accurato e rapido, aumentando così l'efficienza.

Divieti di circolazione, retrofit diesel o badge blu:attualmente si discute molto su come ridurre l'ossido di azoto e il particolato nelle città. Quanto sarebbe pratico se le facciate e i tetti delle case pulissero semplicemente l'aria della città di passaggio? E se gli edifici potessero liberarsi subito dallo sporco? La buona notizia è che questo è già possibile con la fotocatalisi. Quando i materiali da costruzione vengono miscelati con un cosiddetto catalizzatore come il biossido di titanio (TiO2), la luce solare in combinazione con l'ossigeno innesca una reazione chimica. Il biossido di titanio forma sostanze reattive che riducono lo sporco e le sostanze inquinanti. Sia concreto, vernice per vetri o facciate, quasi tutti i materiali possono essere aggiornati con la tecnologia fotocatalitica.

Ci sono diverse insidie, però:a seconda del substrato, struttura superficiale e influenze ambientali, l'efficienza fotocatalitica varia fino al 100% o più, a seconda dell'inquinante e del prodotto. L'efficacia è anche una questione di giusta miscela:se viene rivestita solo la superficie, il catalizzatore si lava via o si erode rapidamente. Se lo mescoli al materiale, gran parte di esso non è efficace. La miscela ottimale non è stata ancora trovata. Inoltre, il comportamento a lungo termine e la stabilità di tali materiali da costruzione sono difficili da prevedere al di fuori del laboratorio.

Inoltre, vi è un'elevata discrepanza tra le efficienze ottenibili in laboratorio e quelle ottenute all'esterno nell'uso pratico. Questi problemi sono stati a malapena studiati. Una migliore comprensione di queste relazioni era l'obiettivo degli undici partner del progetto congiunto PureBau. Il loro obiettivo era migliorare l'efficienza dei composti dei materiali in modo da poter sviluppare migliori materiali da costruzione fotocataliticamente attivi.

Un nuovo strumento per una ricerca efficiente

Come uno dei soci, l'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria delle superfici e dei film sottili IST di Braunschweig sta lavorando a un metodo di misurazione che rende possibile tutto questo. "La precedente ricerca e sviluppo di materiali da costruzione fotocataliticamente attivi era spesso un processo per tentativi ed errori, a causa della mancanza di una procedura di misurazione adeguata. Inoltre, semplicemente non era possibile eseguire misurazioni affidabili sul campo. Sebbene gli effetti possano essere calcolati utilizzando la simulazione, questo processo è laborioso e, in aggiunta a ciò, non è molto utilizzato", dice Frank Neumann, Responsabile del gruppo di lavoro Fotocatalisi presso il Fraunhofer IST.

Neumann ei suoi colleghi avevano già brevettato un processo per misurare in modo rapido e riproducibile l'autopulizia fotocatalitica dei prodotti su scala di laboratorio. Ciò consente di determinare la velocità con cui un materiale con un determinato catalizzatore pulisce una superficie, come una facciata o un tetto di tegole. Il principio di base:un colorante luminescente viene depositato a vapore su una superficie, e quindi viene misurata la velocità con cui svanisce sotto l'influenza della luce. Dai parametri di intensità della luce e spessore dello strato di colorante, l'efficienza può essere determinata.

Dal laboratorio al campo

La sfida ora era trasferire questo metodo su un dispositivo portatile che funziona senza condizioni di vuoto, accelerando notevolmente la misurazione. Attraverso la loro collaborazione con l'Istituto per la tecnologia ad alta frequenza (IHF) dell'Università tecnica di Braunschweig, i ricercatori hanno ottenuto questo risultato in due fasi:poiché la sintesi di coloranti utilizzata fino a quel momento in laboratorio mostrava troppe reazioni chimiche indesiderate, dovevano trovare nuovi coloranti. Sono stati utilizzati coloranti con complessi europio-metallo, proprio come negli OLED. Inoltre, il precedente metodo di deposizione del vapore non funzionava più per l'applicazione mobile. "Anziché, abbiamo trasferito i coloranti in un monostrato su un supporto polimerico e combinati chimicamente entrambi mediante i cosiddetti gruppi di ancoraggio, " spiega Neumann. Il film di supporto ha il vantaggio di adattarsi bene a qualsiasi superficie, minimizzare le reazioni chimiche con il materiale ed evitare danni causati da misurazioni effettuate direttamente sulle facciate (es. trasferimento di colorante). Il rivestimento con un unico strato di colorante garantisce la riproducibilità del processo.

Nel passaggio successivo, un dimostratore di una pistola di misurazione mobile è stato sviluppato insieme alla società Omicron Laserage Laserprodukte GmbH. In una chiusura a baionetta, il film viene attaccato lì con il rivestimento di colorante e pressato sulla superficie che deve essere testata. Il dispositivo misura quindi il decadimento della luminescenza a causa dell'irradiazione UV e determina l'efficacia fotocatalitica, sia qualitativamente che quantitativamente in base al grado di efficienza. Il tempo di misurazione in questa procedura è stato ridotto a circa 15 minuti, rispetto ai relativi test standard che possono durare fino a tre ore.

Neumann è fiducioso che la tecnica di misurazione potrebbe essere pronta per il mercato in uno o due anni. Questo sarebbe interessante per i produttori di materiali da costruzione, esperti di rivestimento e fornitori di servizi di misurazione, così come per gli utenti:"Soprattutto, sarebbe finalmente possibile controllare la qualità dei prodotti attualmente utilizzati sul campo, ma sarebbe anche possibile accelerare lo sviluppo di materiali fotocatalitici efficaci". A lungo termine, questo a sua volta potrebbe favorire l'ampia autopulizia delle facciate, tetti e vie di comunicazione e garantire un clima migliore nelle nostre città.