TioMix i realiteten tester kontra praktiken eller Fotokatalytisk betong i praktiken

Transkript

1 TioMix i realiteten tester kontra praktiken eller Fotokatalytisk betong i praktiken

2 Men först lite snabbt om Vad är fotokatalys? Varför titandioxid? Vilka tillämpningar finns? Sedan lite om Betong med tillsats av TiO 2 - Labförsök - Fältförsök Och till sist lite om Fältförsöket i Malmö, med markstenen Econox, med tillsats av TiOmix

3 Solen är källan till fotokatalysen dvs en i princip oändlig resurs, men rätt material behövs Optical band gap (absorptance) 2-3 ev ( nm) Max irradiance 500 nm 3% < 380 nm (TiO 2 ) 18 % < 500 nm Material choices: - Large band gap semiconductors - Stable and resistant to deactivation/dissolution - Environmentally benign - Abundant and cheap UV Vis NIR mid-ir (Från Prof. Lars Österlund UU.) TiO 2 WO 3 -Fe 2 O 3

4 Fotokatalys hur funkar det? Cementas förklaringsmodell för TiO 2 (TiOmix): O 2 e - O 2 3,2 ev Organiskt ämne CO 2 + H 2 O + syra NO x NO H2O h + OH Katalysatorn startar den kemiska reaktionen under inverkan av ljus. Titandioxid (förbrukas ej) H 2 O när solljuset träffar ytan på katalysatorn skapas där reaktiva ämnen (radikaler) dessa radikaler kan reagera med organiska ämnen bryter ned kväveoxider (gas) till nitrater (fast fas) (Från Åsa Nilsson Cementa)

5 Alltså När ytan av TiO 2 bestrålas exciteras elektroner (e - ) dvs. en elektron hoppar upp till ett elektronskal med högre energi och det bildas elektron/hålpar e - /h +, så kallade fria laddningsbärare. Fria radikaler, främst hydroxylradikaler (OH ) kan då bildas på ytan med hjälp av syre (O 2 ) och vatten (H 2 O). De fria radikalerna kan sen reagera med kväveoxider, sulfater, VOC m.m. och bilda vatten och nitrat (NO 3 - ), enligt ekvationerna 1.2 och 1.3. NO + 2OH NO 2 + H 2 O (1.2) NO 2 + OH NO H+ (1.3)

6 Betong med TiO 2 Vad krävs för god funktion? Väl dispergerad titandioxid Titandioxid i ytan Tillgång till UV-ljus Ytan hålls ren delvis inbyggt (Från Åsa Nilsson Cementa)

7 Tillämpningar av fotokatalytiska material i inomhusmiljö (Från Prof. Lars Österlund UU.) (Tatung, Taiwan) G. B. Smith, C. G. Granqvist, Green Nanotechnology, Taylor & Francis (2010)

8 Exempel på hur luftrengörare med TiO 2 filter kan reducera NOx i ett rum

9 ppm NO or NOx Nedbrytning av NO x data från Cementas lab i Slite 6,000 Lamp on 5,000 4,000 3,000 NO ppm NOx ppm 2,000 NOx reduktion ~ 60 % 1,000 0, Minutes (Från Åsa Nilsson Cementa)

10 Photokatalys utomhus, självrengöring och luftrening Richard Meier and Partner s Jubilee Church in Rome The modern church Dives in Misericordia (The Jubillee Church) located in Rome, is made from a self-cleaning concrete that breaks down atmospheric pollutants that would otherwise darken the surface over time. (L. Cassar et al 2003; EU FP6 project including ItaliCementi and Millenium Chemicals) TiO 2 tiles (A. Fujishima et al 1999) (Från Prof. Lars Österlund UU.)

11 The Photocatalytic World: A Vision of the Italcementi Company

12 Exempel på lab och fältförsök utomlands Lab.försök: Fujishima A., Rao Tata N., and Tryk Donald A., "Titanium dioxide phocatalysis," J. of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, pp. 1-21, Hüsken G., Hunger M., and Brouwers H.J.H., "Expermental study of photocatalytic concrete products for air purification," Building and environment, pp , Hunger M., Hüsken G., and Brouwers H.J.H., "Photocatalytic degradation of air pollutants - From modelling to large scale application," Cement and Concrete Research, pp , Exempel på publicerade exempel på fältförsök A B C D Maggos Th., Plassis A., Bartzis J.G., Vasilakos Ch., Moussiopoulos N., and Bonafous L., "Photocatalytic degradation of NOx in a pilot street canyon configuration using TiO2-mortar panels," Environ Monit Assess, pp , Bygott Claire E., Maltby Julie E., Stratton John L., and McIntyre Robert, "Photocatalytic coatings for the construction industry," in International RILEM Symposium on Photocatalysis, Florence, 2007, pp Guerrini G.L. and Pecceti E., "Photocatalytic cementitious roads for depollution," in International RILEM Sympoisium on Photocatalysis, Florence, Beeldens Anne, "An environmental friendly solution for air purification and self cleaning effect: the application of TiO2 as photocatalyst in concrete," in TRA 2006, Göteborg June 2006.

13 A: "Photocatalytic degradation of NOx in a pilot street canyon configuration using TiO2-mortar panels Resultat: Uppmätta NOx koncentrationer var mellan % lägre i gaturum med TiO 2 innehållande bruk jämfört med ett referens gaturum. B: "Photocatalytic coatings for the construction industry Resultat: Man uppmätte nitratnivåer (slutprodukt) i ett bruk som pålagts en skolvägg. Nivåerna fem-dubblades på bruk med TiO 2 vilket vittnade om hög luftreningseffektivitet. Rengöring av ytorna förbättrade funktionen. C. "Photocatalytic cementitious roads for depollution," Resultat: Man jämförde NOx och NO halter på en gata med fotokatalytisk betong, gatstenar och trottoarer, med en gatstump med asfalt. NOx reducerades med 30 % på 30 cm höjd och med 20 % på 180 cm höjd. D. "An environmental friendly solution for air purification and self cleaning effect: the application of TiO2 as photocatalyst in concrete" Resultat: Preliminära resultat efter ett år visade på en reduktion av NOx på 20 %.

14 Byggprodukter med TiOmix på den svenska marknaden Marksten Takpannor Cementbaserade träullsplattor Fasadelement Puts Cementbaserad färg (Från Åsa Nilsson Cementa)

15 Lab försök på CBI med TiOmix i vägbetong PICTURE 2. Brushed and aggregate exposed surfaces respectively. TABLE 20. Results of the photocatalytic measurements from the final blendings. Sample Decomposition NO (%) Blending manner A i Blending manner B ii T25 brushed T25 aggregate exposed 16 13

16 Lab försök på CBI med TiOmix i sprutbetong T50 T25

17 T25 T50 TABELL 5. Den NOx-nedbrytande förmågan. Prov Märkning NO reduktion 1 T25 brädriven 39 % 2 T25 orörd 54 % 3 T50 brädriven 53 % 4 T50 orörd 66 %

18 Amiralsgatan Malmö Hårt trafikerad del av Malmö Här överskrids MKN (miljökvalitetsnorm) avseende kväveoxider Högsta halter i Malmö Väl dokumenterad plats Syftet med denna studie var att utreda plattornas förmåga att reducera NOx. Om material med titandioxid ska användas i större skala bör en total genomgång av dess miljöpåverkan kartläggas.

19 Utvärdering av försöket med plattor med fotokatalytisk titandioxid på Amiralsgatan i Malmö. Baserad på mätning utförd under hösten och våren 2009/2010. Malmö Stad Miljöförvaltningen Plattläggning på Amiralsgatan under september Henric Nilsson Ann Häger Miljöförvaltningen Malmö Stad Malmö Stad Miljöförvaltningen

20 Testplatser på Amiralsgatan 1. Platsen med EcoNox-stenar ca 80 m 3. Referenssträcka 1 4. Referenssträcka 4 3

21 Mätperioder september ingen EcoNox september april 2010 EcoNox på provplats maj- 14 juni 2010 EcoNox på provplats 1 och 3 (Från Åsa Nilsson Cementa)

22 NOx-halter på provplatserna under de olika perioderna

23 Skillnad i procent mellan mätpunkt 1 och 3 vid nordvästliga till sydostliga vindar.

24 Skillnader mellan mätpunkt 1 och 3 i period 2 resp 3

25 Sammanfattning Malmöförsöket En minskning med 5 % kväveoxider i snitt åstadkoms genom att belägga trottoaren med EcoNoxplattor. Vid gynnsamma förhållanden var skillnaden 10%. Resultatet verifierades genom att referensplats 3 belades med EcoNox under period 3. En minskning med 5 % kväveoxider motsvarar en minskning av 2000 bilar/dygn på Amiralsgatan Malmö stad har nu valt att lägga EcoNox på Värnhemstorget, Östra Förstadsgatan m fl platser! (Man har iakttagit lägre halter av NOx på även på Värnhemstorget efter detta. Men man tror att det främst beror på lägre trafikflöde.) (Från Åsa Nilsson Cementa)