NOxer: pavimento descontaminante por fotocatálisis

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Rubén Herrero »

Todo el mundo ha leído en los periódicos o ha visto en los noticiarios de TV el problema existente en las grandes ciudades con la contaminación de óxidos de nitrógeno, generada por los motores de combustión interna de los vehículos que a diario circulan por las ciudades. Y en grandes urbes, como Londres, París o Madrid, las restricciones al tráfico rodado en ciertas vías y circunvalaciones durante ciertos períodos de tiempo.

Los óxidos de nitrógeno (fundamentalmente el óxido nítrico NO y el dióxido de nitrógeno NO2) se suelen considerar en conjunto con la denominación de NOx.

Son contaminantes primarios de mucha importancia en los problemas mediomabientales. En general, los procesos industriales y los vehículos a motor que utilizan combustibles fósiles, tales como el diésel o la gasolina, emiten una mayor cantidad del monóxido de nitrógeno, NO, pero este puede oxidarse con cierta velocidad a NO2 en la atmósfera, motivo por el cual finalmente la cantidad de NO2 presente en la misma es superior.

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Se trata de compuestos químicos muy importantes a nivel de contaminación ambiental y de salud humana, ya que pueden contribuir a la lluvia ácida (por formación de ácido nítrico, HNO3) y también a la formación del smog fotoquímico, problema de enorme seriedad en las ciudades, ya que dañan la salud de seres humanos y de plantas en concentraciones elevadas, motivo por el cual la legislación europea, incluida la española, obligan a que el valor límite de estos óxidos, medidos como NOx, sea de 40 μg/m3 como media anual. La emisión de estos óxidos se debe principalmente a las actividades humanas, siendo el tráfico de vehículos a motor el responsable de la mitad de dicha contaminación.

Resulta que hay un material patentado, llamado NOxer, que en realidad es un material compuesto, que se comercializa en forma de bloques están formados por mortero de cemento cubierto con una capa de óxido de titanio (IV), TiO2, de entre 5 y 7 milímetros de espesor. Este material se utiliza como pavimento de la calzada en calles y vías de circunvalación de las ciudades.

El óxido de titanio tiene un buen comportamiento como catalizador heterogéneo en determinadas reacciones químicas, utilizando la luz del sol para que se lleven a efecto. Debido a esto, durante el día, y especialmente en días soleados, el NOxer puede eliminar gran cantidad de los óxidos de nitrógeno NO y NO2 de la atmósfera adyacente, transformándolos en nitratos solubles (NO3) que se eliminan posteriormente con el agua de lluvia (escorrentía) por el alcantarillado. Se estima que en un día soleado puede llegar a eliminar hasta el 90% de los contaminantes, siempre y cuando, claro está, la superficie de asfalto instalada esté bien dimensionada para el problema a tratar.

El óxido de titanio (IV), se presenta en varias formas alomórficas en la naturaleza, siendo la anatasa la que mayor actividad fotocatalítica presenta. Es un compuesto insoluble en agua, cuya toxicidad es extremadamente baja.

 Cristal de anatasa: en rojo, los átomos de oxígeno; en gris,  los átomos de titanio.

¿Cómo funciona entonces el NOxer?

La absorción de radiación ultravioleta por parte del óxido de titanio hace que este pase a un estado electrónico excitado. Eso supone que pueda tener lugar la cadena de reacciones siguientes:

Reacción de fotolisis del agua:
H2O H+ + OH· (radical hidroxilo) + e

Formación del anión superóxido a partir de oxígeno atmosférico:
O2 + e→ O2

Reacción del agua con el oxígeno atmosférico fotocatalizada:
H2O + O2  H+ + O2 + OH·

El radical hidroxilo, OH·, formado es un agente de gran poder oxidante debido a su inestabilidad (la presencia de un electrón desapareado desestabiliza mucho los compuestos, lo que los hace más reactivos). Así, el OH· puede reaccionar con el NO2, mientras que el anión superóxido, O2, puede reaccionar con el NO:

NO2 + OH· H+ + NO3
NO + O2
NO3

clip_image006[4]Esta oxidación fotoquímica producida con la ayuda del dióxido de titanio (IV) es mucho más rápida que en condiciones atmosféricas normales (en las que no es apenas apreciable) gracias a la energía absorbida por la capa superpuesta sobre el asfalto y a que la reacción química tiene lugar de forma localizada en la superficie del bloque, lo cual facilita la reacción al posibilitar que se encuentren los reactivos en un contacto íntimo.

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En ambas reacciones químicas se obtiene nitrato, NO3 , como producto final, el cual permanece adsorbido en la superficie del asfalto pudiendo ser disuelto y arrastrado por las aguas de lavado y baldeado de calles además de las de las lluvias, eliminándose a través del sistema de alcantarillado que las derivará al sistema de depuración de aguas residuales de la ciudad. Los nitratos a su vez pueden ser eliminados del agua residual, a través de ósmosis inversa, reducción catalítica, electrodesnitrificación, etc… Pero esa ya es otra historia.


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