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Pavimentos fotocatalíticos ayudan a reducir la contaminación

La contaminación atmosférica urbana se considera uno de los problemas ambientales más significativos del siglo XXI. Se considera que la quema de combustibles fósiles por los vehículos es una de las principales fuentes de contaminación del aire en las zonas urbanas y mitigar este problema constituye una creciente preocupación mundial, ya que la concentración de contaminantes atmosféricos del grupo de los óxidos de nitrógeno (NOx) provoca riesgos para la salud de la población. Por otra parte, el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, como los óxidos de nitrógeno (NOx), puede causar la lluvia ácida, el ozono a nivel del suelo (troposférico) y también contribuir al calentamiento global.
La monitorización de la calidad del aire en la gran São Paulo muestra que el ozono es el contaminante que más excede los estándares de calidad del aire (en promedio más de 60 días por año). Además, el estándar de calidad del aire con respecto al ozono no se puede lograr sin una reducción significativa de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y de los compuestos orgánicos volátiles (COV).
Debido al gran crecimiento de la flota de vehículos en las ciudades, las  medidas actuales adoptadas para luchar contra la contaminación del aire (motores más eficientes, combustibles verdes, etc.), no son suficientes para cumplir con los estándares de calidad del aire establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Afrontar este problema ha estimulado la búsqueda de nuevas tecnologías para reducir los niveles de contaminación urbana, con el fin de hacer que las ciudades sean más habitables.
Actualmente, uno de los métodos más estudiados para la lucha contra  la contaminación atmosférica del radical NOx, es la oxidación fotocatalítica avanzada que utiliza semiconductores como, por ejemplo, el dióxido de titanio (TiO2). El principio de funcionamiento del proceso de fotodegradación de estos contaminantes atmosféricos se basa en propiedades del semiconductor de TiO2. A partir de la incidencia de la radiación solar UV-A sobre una superficie impregnada con TiO2, se generan radicales hidroxilo que son capaces de degradar los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en la atmósfera a través de reacciones químicas de oxidación-reducción. El producto de estas reacciones son los iones de nitrato (NO3-) que se depositan en la superficie y se eliminan posteriormente (solubilizados) por la acción del agua de lluvia (promoviendo la auto-limpieza de la superficie). Los iones de nitrato (NO3-) llevados por el agua de la lluvia pueden ser absorbidos por las plantas como nutrientes para el crecimiento. La Figura 1 ilustra este proceso de fotodegradación de los contaminantes del radical NOx.



A partir del principio de funcionamiento de la fotodegradación, la nanomodificación de superficies construidas en las ciudades con la incorporación de TiO2 se convierte en una tecnología con gran potencial para la fotodegradación de los óxidos de nitrógeno (NOx) y para la reducción de los niveles de ozono troposférico (O3). Desde esta perspectiva, la pavimentación  fotocatalítica de las vías urbanas, patios, aceras y estacionamientos se considera una innovación prometedora para combatir la contaminación y para purificar el aire en las grandes ciudades, mejorando la calidad de vida de sus habitantes.
En una investigación pionera en Brasil desarrollada en la Universidad Federal de Santa Catarina, se confeccionaron piezas premoldeadas para la pavimentación (bloques) con superficie nanomodificada, mediante la incorporación de dióxido de titanio (TiO2) para purificar el aire en las zonas urbanas. La incorporación de dióxido de titanio (TiO2) junto con cemento Portland, genera materiales con propiedades fotocatalíticas, es decir, una matriz de cemento capaz de capturar y degradar contaminantes atmosféricos como los óxidos de nitrógeno (NOx).
Para evaluar la eficiencia fotocalítica de las piezas producidas, se diseñó y construyó un fotorreactor donde se pueden simular diferentes condiciones de radiación solar, contaminación atmosférica, humedad relativa del aire y velocidad del viento. Los resultados obtenidos demuestran que es posible lograr una eficiencia de hasta un 95% en la degradación del contaminante atmosférico NOx. En términos prácticos, esto significa que en una vía de 100 metros de largo y 10 metros de ancho, el revestimiento fotocatalítico podría degradar 100% de la contaminación de NOx generada por la circulación de 1.000 automóviles.
Lógicamente que la incorporación de TiO2 a los bloques representa un costo extra en su fabricación y, por consiguiente, en la pavimentación con revestimiento fotocatalítico. Sin embargo, considerando que el TiO2 se añade en porcentajes bajos en relación al consumo de cemento (alrededor del 3 al 6% en peso) y que sólo una pequeña parte del espesor total del bloque (de 3 a 6 mm) es de hormigón o mortero fotocatalítico (más allá de este espesor no hay activación de la fotocatálisis), el aumento de la calidad de vida de la población frente a la reducción de la formación de ozono troposférico a nivel del suelo, justifica el aumento del costo de dicha pavimentación.
Desde un punto de vista teórico, la fotocatálisis no tiene un fin, ya que no hay consumo de TiO2 en el proceso de fotodegradación. No obstante, el desgaste de la superficie por la acción del tráfico, su impermeabilización por los aceites, la impregnación por la goma de mascar (en el caso de las aceras), o de la auto-limpieza ineficaz por la acción del agua de lluvia, puede conducir a una reducción en la eficiencia fotocatalítica con el tiempo, lo que exige que periódicamente se lleve a cabo un lavado de la superficie, o incluso la aplicación de pintura fotocalítica para recuperar la eficiencia.
De este modo, las piezas premoldeadas de hormigón con su gran diversidad de formas, colores y modos de aplicación tienen gran atractivo para la pavimentación fotocatalítica de aceras, aparcamientos, plazas, zonas de recreo y calles de abajo a mediano volumen de tráfico. Por otra parte, esta tecnología se puede aplicar en la pavimentación en hormigón de cemento Portland (pavimento rígido).







Este artículo fue producido sobre la base de pesquisa realizada en los principales canales de información del mercado de transporte. Las afirmaciones aquí contenidas no representan el posicionamento de Volvo.

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