Artículo de Adrián Pastor Espejo (izquierda) doctor en Química por la Universidad de Córdoba e Investigador post-doctoral Margarita Salas y Javier Fragoso Núñez (derecha), estudiante de doctorado en el departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química de la misma universidad.
“Mata más gente el tabaco que los aviones y he perdido el miedo a volar…” así empezaba Lichis (cantante del grupo de pop “La cabra mecánica”) su canción Felicidad, y es que, en ocasiones, centramos toda nuestra atención en intentar evitar los efectos negativos que puede tener una acción y se nos olvida que en nuestro día a día, existen otras con un efecto perjudicial muy similar.
Cada año mueren en el mundo más de 8 millones de personas a causa del tabaco, y con el fin de evitarlas, las instituciones públicas gastan una ingente cantidad de dinero en campañas para concienciar a la sociedad de los efectos nocivos de este. En cambio, aunque en el mismo periodo mueren unos 7 millones de personas, debido a la contaminación del aire (la OMS estima que prácticamente la totalidad de la población mundial -el 99%- respira aire con niveles de contaminantes superiores a los recomendados), la implicación de los gobiernos en la búsqueda de soluciones a este problema no parece que llegue a la sociedad.
En la actualidad, más de la mitad de la población mundial vive en ciudades, donde existe un mayor crecimiento económico, como consecuencia de la industrialización y de la existencia de una red organizada de infraestructuras. No obstante, la Organización de Naciones Unidas (ONU) estima que para el año 2050 el 70% de la población mundial vivirá en medios urbanos. Este acelerado crecimiento de población urbana a nivel global viene inherentemente asociado con una mayor necesidad de recursos energéticos, un aumento de la utilización de los medios de transporte y una extensión de la industrialización en general.
A pesar de los grandes esfuerzos llevados a cabo por la comunidad científica para encontrar fuentes de energía baratas y limpias, todavía hoy tenemos una alta dependencia de los combustibles fósiles, los cuales, generan una gran cantidad de contaminantes, como el dióxido de carbono, CO2, causante del efecto invernadero, y otros más preocupantes para la salud pública como el material particulado (PM, por sus siglas en inglés), el monóxido de carbono (CO), el ozono troposférico (O3), el dióxido de nitrógeno (NO2) y el dióxido de azufre (SO2).
En la actualidad, existen normativas nacionales e internacionales vigentes para paliar los efectos perjudiciales de la quema de combustibles fósiles en los entornos urbanos. No obstante, la contaminación del aire en dichos entornos sigue siendo uno de los principales problemas ambientales a los que se enfrenta nuestra sociedad. Por ello, el empleo de nuevos sistemas de descontaminación resulta ser una necesidad urgente.
Una de las propuestas más prometedoras para mejorar la calidad del aire en entornos urbanos se basa en la fotocatálisis. Esta tecnología consiste en utilizar un material semiconductor que, en presencia de luz, actúa sobre los contaminantes transformándolos en otros compuestos inocuos para la salud. Si estos materiales se utilizan como aditivos en los materiales de construcción que empleamos en nuestras ciudades, podemos alcanzar una mejora de la calidad del aire razonable por el simple uso de estos sistemas. El edificio pasará a tener una respuesta activa cuando sus fachadas son irradiadas con luz solar, actuando las mismas como elementos de descontaminación atmosféricas.
Los arquitectos empiezan a ser conscientes de esta posibilidad y ya existen algunas obras de referencia con esta tecnología e incluso productos comerciales que utilizan como material semiconductor al dióxido de titanio, TiO2. Usar este semiconductor presenta ciertas ventajas como su baja toxicidad y su alta estabilidad, pero también posee factores poco ventajosos como son el hecho de que es activo solo con la fracción del 5 % de la radiación solar que llega a la tierra, la fracción UV de la luz, así como su considerable precio puede suponer un sobrecoste del material a aplicar de hasta el 50%.
Nuestro grupo de investigación, en los últimos años ha propuesto el uso de semiconductores más sostenibles, eficaces y económicos, como alternativa al TiO2 para eliminar los gases tóxicos NOx presentes en la atmósfera urbana. Estos se basan en unos materiales laminares, denominados de forma genérica como Hidróxidos Dobles Laminares (sistemas HDL), La principal novedad de estos materiales radica en su sencillo proceso de preparación, lo que implica un bajo coste final del producto, además de que son activos a la luz visible. Esto último resulta útil para las zonas de las ciudades donde la luz no incide directamente (sombras de edificios, calles estrechas, etc.) y por tanto un material estándar como el TiO2 no funciona adecuadamente.
Para conseguir esta nueva propiedad se ha preparado un sistema HDL, que contiene níquel y titanio, con unas nanopartículas denominadas quantum dots de grafeno (GQDs). Bajo la irradiación solar, este sistema compuesto no solo realiza la reacción fotocatalítica de descontaminación de gases NOx, sino que simultáneamente almacena energía química, que es liberada al llegar la noche, aprovechándose para continuar con la reacción post-fotocatalítica de eliminación de gases NOx.
Poder mantener procesos fotocatalíticos en ausencia de luz no solo permite aumentar el rendimiento del proceso, sino que además se puede traducir en un ahorro energético debido a la gran variedad de procesos de descontaminación ambiental que emplean la fotocatálisis con luz artificial (principalmente para descontaminación de aguas), siendo este nuevo paradigma una oportunidad más eficaz en el empleo de estas técnicas de descontaminación. Otra vía de aplicación de este nuevo compuesto podría centrarse en la eliminación de malos olores (descontaminación de aire interior), como podrían ser baños públicos. De esta manera, una vez apagada la luz del baño, el compuesto podría seguir ejerciendo su actividad, ahorrando energía eléctrica y mejorando la higiene del espacio.
Perfiles diarios de concentración de gases NOx en los centros urbanos de Chicago y Nueva Delhi.
La preparación y caracterización de estos nuevos materiales, así como comprender el nuevo mecanismo descrito por el que se produce la fotocatálisis en la oscuridad, ha sido una labor compleja para la que ha sido necesaria la creación de un equipo multidisciplinar, que engloba investigadores de las áreas de Química Inorgánica y Química Física de la Universidad de Córdoba, así como del área de Ingeniería Química de la Universidad de Málaga.
La investigación se ha llevado a cabo en el marco del proyecto nacional de investigación PID2020-117516GB-I00. Los resultados obtenidos han sido publicados en la prestigiosa revista Applied Catalysis B Environmental (DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.122115), número uno en el área de Ingeniería Medioambiental.
