In combinatie met de juiste materialen, zonnestralen kunnen wonderen verrichten:ze reinigen gevels van gebouwen en ontbinden verontreinigende stoffen uit de lucht of in het water. Het toverwoord is fotokatalyse. In praktijk, Hoewel, de effectiviteit van dit "wondermiddel" fluctueert sterk, afhankelijk van het gebruikte materiaal en de omgevingsfactoren. Met een nieuw meetinstrument onderzoekers willen nu de fotokatalytische effectiviteit van oppervlakken nauwkeuriger en sneller bepalen, waardoor de efficiëntie toeneemt.

rijverboden, diesel retrofitten of de blauwe badge – er is momenteel veel discussie over het verminderen van stikstofoxide en fijnstof in steden. Hoe praktisch zou het zijn als gevels en daken van huizen gewoon de stadslucht in het voorbijgaan zouden zuiveren? En als gebouwen zich meteen kunnen ontdoen van vuil? Het goede nieuws is dat dit al mogelijk is met fotokatalyse. Wanneer bouwstoffen worden gemengd met een zogenaamde katalysator zoals titaandioxide (TiO2), zonlicht in combinatie met zuurstof veroorzaakt een chemische reactie. Het titaandioxide vormt reactieve stoffen die vuil en vervuilende stoffen verminderen. Of het nu gaat om beton, glas of gevelverf, bijna elk materiaal kan worden opgewaardeerd met fotokatalytische technologie.

Er zijn verschillende valkuilen, hoewel:afhankelijk van de ondergrond, oppervlaktestructuur en omgevingsinvloeden, de fotokatalytische efficiëntie varieert tot 100 procent of meer, afhankelijk van de verontreinigende stof en het product. De effectiviteit is ook een kwestie van het juiste mengsel:als alleen het oppervlak wordt gecoat, de katalysator spoelt snel af of erodeert. Als je het in het materiaal mengt, veel ervan is niet effectief. Het optimale mengsel is nog niet gevonden. Bovendien, het gedrag en de stabiliteit op lange termijn van dergelijke bouwmaterialen zijn buiten het laboratorium moeilijk te voorspellen.

Bovendien, er is een grote discrepantie tussen de efficiëntie die in het laboratorium kan worden bereikt en de efficiëntie die in de praktijk buiten wordt behaald. Deze problemen zijn nog nauwelijks onderzocht. Een beter begrip van deze relaties was het doel van de elf partners in het gezamenlijke project PureBau. Hun doel was om de efficiëntie van materiaalverbindingen te verbeteren, zodat betere fotokatalytisch actieve bouwmaterialen kunnen worden ontwikkeld.

Een nieuwe tool voor efficiënt onderzoek

Als een van de partners, het Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST in Braunschweig werkt aan een meetmethode die dit mogelijk maakt. "Het eerdere onderzoek en de ontwikkeling van fotokatalytisch actieve bouwmaterialen was vaak een proces van vallen en opstaan, door het ontbreken van een geschikte meetprocedure. In aanvulling, het was simpelweg niet mogelijk om betrouwbare metingen in het veld uit te voeren. Hoewel effecten kunnen worden berekend met behulp van simulatie, dit proces is arbeidsintensief en Naast dat, het wordt niet veel gebruikt", zegt Frank Neumann, Hoofd van de werkgroep Fotokatalyse bij de Fraunhofer IST.

Neumann en zijn collega's hadden al een proces gepatenteerd om snel en reproduceerbaar de fotokatalytische zelfreiniging van producten op laboratoriumschaal te meten. Hiermee kan worden bepaald hoe snel een materiaal met een bepaalde katalysator een oppervlak reinigt, zoals een gevel of een pannendak. Het basisprincipe:een luminescerende kleurstof wordt opgedampt op een oppervlak, en vervolgens wordt de snelheid gemeten waarmee het onder invloed van licht vervaagt. Van de parameters van lichtintensiteit en dikte van de kleurstoflaag, het rendement kan worden bepaald.

Van het laboratorium naar het veld

De uitdaging was nu om deze methode over te zetten naar een draagbaar apparaat dat werkt zonder vacuümcondities, terwijl de meting aanzienlijk wordt versneld. Door hun samenwerking met het Institute for High Frequency Technology (IHF) van de Technische Universiteit van Braunschweig, de onderzoekers bereikten dit in twee stappen:aangezien de kleurstofsynthese die tot dan toe in het laboratorium werd gebruikt te veel ongewenste chemische reacties vertoonde, ze moesten nieuwe kleurstoffen vinden. Er werden kleurstoffen met europium-metaalcomplexen gebruikt, net als bij OLED's. In aanvulling, de vorige methode van dampafzetting werkte niet meer voor de mobiele applicatie. "In plaats daarvan, we brachten de kleurstoffen in een monolaag over op een polymere drager en chemisch gecombineerd beide door middel van zogenaamde ankergroepen, " legt Neumann uit. De backing-film heeft de voordelen dat hij goed geschikt is voor elke ondergrond, het minimaliseren van chemische reacties met het materiaal en het vermijden van schade veroorzaakt door metingen direct op gevels (bijv. kleurstofoverdracht). De coating met een enkele laag kleurstof zorgt voor de reproduceerbaarheid van het proces.

In de volgende stap, samen met het bedrijf Omicron Laserage Laserprodukte GmbH werd een demonstratiemodel van een mobiel meetpistool ontwikkeld. In een bajonetsluiting, de film wordt daar met de verflaag aangebracht en op het te testen oppervlak gedrukt. Het apparaat meet vervolgens het verval van luminescentie door de UV-straling en bepaalt de fotokatalytische effectiviteit - zowel kwalitatief als kwantitatief door de mate van efficiëntie. De meettijd in deze procedure is teruggebracht tot ongeveer 15 minuten, vergeleken met relevante standaardtests die tot drie uur kunnen duren.

Neumann heeft er alle vertrouwen in dat de meettechniek binnen één tot twee jaar klaar kan zijn voor de markt. Dit zou interessant zijn voor fabrikanten van bouwmaterialen, coatingexperts en meetdienstverleners, evenals voor gebruikers:"Bovenal, het zou eindelijk mogelijk zijn om de kwaliteit van de momenteel gebruikte producten in het veld te controleren, maar het zou ook mogelijk zijn om de ontwikkeling van effectieve fotokatalytische materialen te versnellen". dit zou op zijn beurt de uitgebreide zelfreiniging van gevels kunnen bevorderen, daken en verkeersroutes en zorgen voor een beter klimaat in onze steden.