1. INTRODUCCION
1.1. El Proceso Fotocatalítico
En la naturaleza existe un proceso natural denominado fotocatálisis en el cual una sustancia, denominada fotocatalizador, usa la energía de la luz para eliminar compuestos contaminantes y nocivos. Este proceso en realidad es una reacción química de oxidación derivada de la acción conjunta del fotocatalizador, oxígeno y luz.
Los productos denominados fotocatalíticos incorporan determinados compuestos catalizadores para aprovecharse de esta característica. Por medio de esta reacción, estos productos, al activarse en presencia de la luz y entrar en contacto con el ambiente, descomponen las sustancias orgánicas e inorgánicas contaminantes.
Los compuestos inorgánicos incorporados a los productos fotocatalíticos son principalmente óxidos metálicos, generalmente dióxido de titanio (TiO2), que son usados ampliamente en productos de aseo y limpieza de uso común.
La fotocatálisis es muy eficaz, entre otras, contra las siguientes sustancias tóxicas o perjudiciales:
- Gases contaminantes, como los Óxidos de Nitrógeno (NOx), Óxidos de Azufre (SOx), Monóxido de Carbono.
- Sustancias tóxicas, como Formaldehido, Metanol, Etanol, Benceno, Tolueno, etc.
- Sustancias orgánicas, como microbios y bacterias.
- Partículas finas PM2.5, PM5 y PM10.
Para su uso en infraestructuras urbanas y en este caso túneles, es especialmente indicado para la eliminación de contaminantes. El proceso químico fotocatalítico de reacción y degradación de los óxidos de nitrógeno (NOx) convierte a estos en agua (en forma de vapor) y CO2.
Esquema del proceso Fotocatalítico
Diferencia entre superficie no tratada y tratada con productos fotocatalíticos.
El efecto fotocatalítico se activa con una luz casi ultravioleta al límite de lo visible, con una longitud de onda entre 385 y 390 nm.
1.2. Normativa Implicada
Al ser una tecnología esencialmente nueva no existe una normativa específica de este tipo de productos, aunque si se han establecido ensayos de laboratorio que pueden determinar la actividad fotocatalítica y si se puede considerar un producto fotocatalítico o no:
- Ensayo ISO 22197-1, que define el método para evaluar la eliminación de los óxidos de nitrógeno (NOx) en materiales fotocatalíticos. Este es el ensayo que comúnmente se usa como referencia en España, aunque no determina valores mínimos.
El valor mínimo para considerar a un producto como fotocatalítico no está normalizado, pero se toma como referencia a Japón, donde se descubrió este proceso. El valor mínimo de eliminación de NOx que se establece para la prueba ISO es de 0.5 µmoles. Los productos distribuidos por MyPHor Materiales Especiales, S.L. oscilan entre 2,39 y 8,02 µmoles. - Ensayo UNI 11259, de la unificación italiana Nacional, que determina la actividad fotocatalítica mediante el método colorimétrico de la Rodamina.
Como en el ensayo ISO tampoco establece un valor mínimo que debe alcanzar un producto para considerarse fotocatalítico. Según la experiencia de los fabricantes de estos productos se suele establecer un valor mínimo del 15% de reducción de NOx.
2. PINTURAS FOTOCATALÍTICAS
2.1. Composición
La base de las pinturas fotocatalíticas de MyPHor Materiales Especiales, S.L. es una pintura plástica de base al agua de gran calidad, a la que se le añade el aditivo. El catalizador normalmente es en base a dióxido de titanio, y se utiliza en su forma anatasa (estructura cristalina octaédrica). Estos productos fotocatalíticos se presentan en varias formas dependiendo de cómo vaya a ser su aplicación:
- Pinturas, ya sea para interiores, exteriores, infraestructuras, etc…
- Dispersiones más o menos transparentes, utilizadas para aplicar en todo tipo de superficies.
- Materiales fotocatalíticos, que incluyen catalizadores en su fabricación, como morteros, pavimentos prefabricados e incluso cerámicas.
Las pinturas fotocatalíticas son completamente estándares ya que son pinturas acrílicas, al agua, y no contienen ningún compuesto tóxico en su formulación. Se aplican como cualquier otra pintura y admiten cualquier color. En ausencia de luz se comportan como pinturas de gran calidad, y en presencia de esta se activan y proporcionan las prestaciones adicionales mencionadas.
En el caso de túneles, especialmente de tráfico rodado, se aplican pinturas plásticas y/o pinturas transpirables. Además, se aplican tratamientos fotocatalíticos en pavimento o asfalto.
Como el efecto fotocatalítico necesita de la luz para activarse, es necesario, si no existe luz natural en el túnel, instalar luminarias en el espectro ultravioleta. Estas luminarias podrán ser tipo LED, fluorescentes, de bajo consumo, etcétera.
2.2. Datos Técnicos
MyPHor Materiales Especiales, S.L. distribuye y comercializa diversos productos fotocatalíticos, entre ellos, uno especialmente indicado para túneles: PhotoTunnel. Tomando las consideraciones anteriores este producto se ha diseñado para mantener el efecto fotocatalítico en las condiciones agresivas de un túnel de carretera, con poca luz y con suciedad y contaminación. Este es un producto en base a agua y composición de resinas acrílicas y con las siguientes características técnicas:
- La densidad es de 1,57 Kg/l
- El rendimiento es de 7-8 m2/l, en función de la superficie.
- Es un material no inflamable.
- El contenido de sustancias tóxicas cumple con los requisitos del GBC Green.
- Mark Test (LEED), de acuerdo con los criterios 4.4.1. b, c, d y 4.4.2.
- El producto es permeable al vapor de agua según ISO 7783-2 V1 (>150 g/m².j) lo que evita condensaciones no deseadas.
- Impermeabilidad al agua líquida según ISO 1062-3 W2 (0,1<W< 0,5 Kg/m2.h0.5).
- Secado al tacto a 25ºC: 30-40 min.
- Al producto se le puede aplicar color solo con pigmentos inorgánicos, porque los compuestos orgánicos acaban desapareciendo por la acción fotocatalítica.
- La temperatura de aplicación se recomienda entre 5º C y 35º C.
Para el pavimento o calzada del túnel existen otras soluciones de tratamiento superficial fotocatalítico, dependiendo de la base, ya sea hormigón, asfalto, etcétera. También se puede utilizar el producto de Myphor PhotoWall, que es una pintura más transpirable en el caso de túneles con problemas de humedad.
3. VENTAJAS
3.1. Eliminación de Gases Contaminantes
Una de las grandes preocupaciones en las ciudades es la contaminación atmosférica. Estos gases contaminantes son tóxicos y están producidos por el tráfico, industrias, calefacciones, productos industriales, etc.
Por eso la principal ventaja del uso de las pinturas fotocatalíticas no solo en túneles, sino en cualquier superficie exterior o interior, es la reducción de la contaminación (NOx), de las concentraciones de COVs (compuestos orgánicos volátiles), malos olores y la suciedad.
Las superficies fotocatalíticas presentan unos resultados espectaculares en la reducción de la carga contaminante causados por automóviles e industrias. Estos efectos anticontaminantes están validados por ensayos de laboratorio realizados según norma ISO 22197-1:07.
Se han realizado multitud de estudios que demuestran la capacidad del TiO2 para la degradación de determinados elementos contaminantes, como herbicidas, nitrobenceno, compuestos orgánicos volátiles (COVs) y bisfenol.
Existe un informe técnico emitido por el CNR (Consejo Nacional de Investigación Italiano) en el que se describe la degradación de contaminantes, como los óxidos de nitrógeno (NOx), al entrar en contacto con superficies que contienen TiO2 (30 t/año por km2 de revestimiento de paredes). Las estimaciones de CNR indican que este proceso podría reducir los óxidos de nitrógeno del escape del vehículo en un 10%.
Todos estos datos e informes están disponibles para las empresas interesadas mediante petición a MyPHor Materiales Especiales.
Los experimentos de laboratorio y las estimaciones teóricas muestran, por lo tanto, los posibles usos prácticos de las propiedades del dióxido de titanio para reducir las concentraciones ambientales de muchos contaminantes. Tambien conviene extender estos resultados no solo a los contaminantes, especialmente NOx, sino también a los COVs, ya que ciertos estudios experimentales han indicado la posibilidad de una reducción eficiente de los mismos.
Al utilizar productos fotocatalíticos, es muy importante tomar en cuenta que hay variables que dependen de la zona de la ubicación de la infraestructura. Estas variables son los niveles y características de la radiación solar, temperatura y otros factores climáticos, así como la calidad del aire local y los niveles de concentración de las sustancias encontradas.
Por lo tanto, en el uso de este tipo de productos hay que utilizar los revestimientos y la iluminación adecuadas, ya que es de particular interés tanto por su naturaleza pasiva como por su simplicidad.
3.2. Autolimpieza y Mantenimiento
Al eliminar por medio del proceso fotocatalítico las micropartículas, estos productos reducen la capacidad adherencia de partículas extrañas, polvo o impurezas sobre las superficies donde se aplican. Por lo tanto, aguantan mayor tiempo limpias que un producto estándar sin necesidad de lavarlas ni repintarlas.
Pared de Tunel después de un mes pintada con pintura estándar
Pared de Tunel después de un mes pintada con pintura Photo Tunnel
Por lo expuesto con anterioridad, al aplicar cualquier producto con efecto fotocatalítico, se reducen gastos, tanto de limpieza de superficies, repintado de paramentos o eliminación de suciedad. Como el coste de esta pintura es similar al de una pintura de calidad media-alta, no supone ningún esfuerzo económico aplicarla en este tipo de infraestructuras.
3.3. Otras Ventajas
Otras ventajas no menos importantes del uso de productos fotocatalíticos serían las siguientes:
- Al aplicar el producto fotocatalítico sobre el pavimento, especialmente el asfáltico, la tonalidad de la superficie se vuelve más clara. Por lo tanto, por medio del llamado efecto albedo, disminuye la temperatura del pavimento, no se sobrecalienta la zona donde está el túnel y produce así mismo una mayor claridad.
- Capacidad de reducción de olores, precisamente debido a la resistencia a la adherencia de partículas o sustancias orgánicas sobre las superficies de aplicación de estos productos.
- Se reduce la presencia de microorganismos (bacterias, hongos, etc.) al destruir las sustancias de las que se nutren. Las superficies fotocatalíticas impiden el crecimiento de microorganismos y no permiten que se acumulen las sustancias de las que se alimentan. Por ello son muy eficaces frente a las agresiones de las bacterias, hongos y microorganismos en general.
Los resultados de dicha acción vienen avalados por las numerosas mediciones realizadas en multitud de construcciones e infraestructuras y por los resultados obtenidos en laboratorios especializados.
Pared sin tratamiento afectada por suciedad y moho.
Pared después de sólo 10 dás aplicado el producto fotocatalítico.
4. EJEMPLOS PRÁCTICOS
Por lo expuesto con anterioridad, al aplicar cualquier producto con efecto fotocatalítico, se reducen gastos, tanto de limpieza de superficies, repintado de paramentos o eliminación de suciedad. Como el coste de esta pintura es similar al de una pintura de calidad media-alta, no supone ningún esfuerzo económico aplicarla en este tipo de infraestructuras.
4.1. Plan Feder en Villaverde, Madrid
A finales de 2014 el Ayuntamiento de Madrid realizó en el barrio madrileño de Villaverde el proyecto denominado “Proyecto de innovación y desarrollo tecnológico en materia de fotocatálisis para la descontaminación del aire ambiente en Villaverde”
Este proyecto consistió en la aplicación de pavimentos y revestimientos sostenibles para la descontaminación del aire mediante la eliminación de óxidos de nitrógeno, y fue cofinanciado en un 50% por el FEDER.
El objetivo general fue verificar la idoneidad de la utilización de materiales fotocatalíticos en espacios públicos, aplicándolos en las siguientes formas:
- Emulsión acuosa sobre pavimento existente
- En prefabricados de hormigón renovando el pavimento de una calle
- En forma de pintura en los paramentos de un túnel, en este caso el túnel del Espinillo.
El ámbito de actuación fue el barrio de Villaverde y la pintura utilizada para los paramentos del túnel fueron los productos PhotoDeco y PhotoActiva S comercializados por MyPHor Materiales Especiales, S.L. El requerimiento del Ayuntamiento de Madrid era disponer de una emulsión en base acuosa con una cantidad neta de NOx eliminada por la probeta de al menos 2,5 micromoles, según ensayo ISO 22107-1, dato que cumplen de sobra estos productos.
Túnel del Espinillo
Luz UV instalada en túnel
Limpieza y aplicación de las pinturas
Los objetivos que se buscaban eran evaluar la eficacia descontaminante y autolimpiante de los materiales implantados, así como la duración del efecto descontaminante y evaluar la incidencia real de la aplicación sobre la calidad del aire ambiente. Para llevar a cabo estos objetivos se establecieron varias líneas de actuación, entre ellas estas dos:
- Evaluación de la actividad descontaminante y autolimpiante de materiales fotocatalíticos.
- Evaluación de la incidencia en la calidad del aire ambiente midiendo y monitorizando NOx, O3 y NO2
Una vez realizado el estudio se presentaron las siguientes conclusiones, tanto con respecto a la aplicación de productos fotocatalíticos en pavimentos, como en túneles:
- En aceras poco transitadas, transcurridos 10 meses desde la aplicación con emulsión acuosa, donde visiblemente se aprecia el recubrimiento con TiO2, se puede llegar a mantener el rendimiento de la purificación del aire para NOx.
- En calzada con prefabricados la durabilidad de la actividad fotocatalítica de los adoquines de hormigón se mantiene más tiempo que con la emulsión.
- En el túnel la durabilidad de la actividad fotocatalítica de la PINTURA se mantiene constante transcurridos 3 meses desde la aplicación.
- No se continuó con la evaluación continua de la calidad del aire con motivo del cambio de gobierno en el ayuntamiento de Madrid. No obstante, se encontraron reducciones significativas en la concentración de NOx, en ciertas localizaciones concretas, durante los 3 meses posteriores a la aplicación del tratamiento fotocatalítico.
Por lo tanto, en un entorno real urbano se pudo comprobar que más allá de los estudios de laboratorio, existe realmente una reducción de los NOx contaminantes presentes en todas nuestras ciudades.
4.2. Túneles Internacionales
El efecto fotocatalítico se descubrió en Japón a principios de los años 70. En Europa, sin embargo, empezaron a emplearse de manera común desde hace poco tiempo con excepción de Italia. Allí son especialmente utilizados y tiene una tecnología e industria importante. De esta manera en la Región de Lombardía por medio de su Agencia Regional para la protección del Medio Ambiente empezó un análisis experimental del uso y consecuencias de los productos fotocatalíticos que es de particular importancia.
Por lo tanto, la mayor cantidad de infraestructuras de túneles en Europa donde se han utilizado este proceso son en Italia, y en gran cantidad de ellos se han utilizado los productos fotocatalíticos que distribuye MyPHor Materiales Especiales, S.L.
Se han utilizado pinturas en Trento en el túnel DOSS y en Taio, el túnel Val D’Ega en Bolzano, el de Citerna en la A1 FI-MI), en Mila en el túnel de Via Porpora y en Saronno, y en Parma los túneles Cremonesi 1 y 2.
Túnel Cremonesi en Parma
Túnel Via Porpora en Milan
5. CONCLUSIONES
Al aplicar pinturas y productos fotocatalíticos en túneles, se consiguen visibles beneficios frente a las soluciones convencionales:
• Purifican los ambientes contaminados, por lo tanto, favorecen el medio ambiente y mejoran la salud de las personas al ser también destructoras de bacterias, gérmenes, etc…, minorando los malos olores.
• Su efecto anticontaminante es permanente.
• Al mantenerse limpias y eliminar suciedad e impurezas, ahorran costes de mantenimiento y limpieza.
Finalmente hay que subrayar que las pinturas fotocatalíticas de MyPHor son pinturas estándar, por lo que se aplican igual que cualquier otra pintura y en presencia de luz (natural o artificial) es cuando se activa el proceso fotocatalítico.
6. BIBLIOGRAFÍA
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- Informe de la evaluación del Método ACTIVA en el departamento de infección de la clínica de emergencia del Hospital Universitario Karolinska en Solna ESTOCOLMO, mayo 2015.
«A number of considerations regarding the photocatalytic properties of titanium dioxide (TiO2) and its applications for the degradation of a variety of chemical substances”, Giovanni Alfreso Zaponni, 2015 - Guía Práctica de la Fotocatálisis Aplicada a Infraestructuras Urbanas, CONAMA 2012
- Equipo multiensayo para la determinación del poder descontaminante de productos fotocatalíticos, CONAMA 2014
- PROYECTO FEDER EN VILLAVERDE para la descontaminación del aire ambiente a través de la fotocatálisis aplicada a pavimentos urbanos. Area de gobierno de desarrollo urbano sostenible del Ayuntamiento de Madrid, nov. 2015.
Enrique Pina
Director Técnico/Comercial en MyPHor S.L
Ingeniero Superior de Minas, con la especialidad de Laboreo y Explosivos, por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de la Universidad Politécnica de Madrid.
Ha desarrollado su trabajo profesional en empresas como SIKA. Posteriormente ocupó el puesto de Jefe de Mercado “Mercado de Construcción” TOLSA.
Pablo Caballero
Responsable Productos Fotocatalíticos en MyPHor S.L.
Arquitecto superior por la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid. Ha desarrollado su trabajo profesional en empresas como FERROVIAL-AGROMAN, IMASATEC, y colaborado para varias empresas constructoras.