W wielu miejscach świata woda jest silnie zanieczyszczona związkami organicznymi z odpadów przemysłowych. Doświadczenia przeprowadzone w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udowadniają, że biomasę tę można z powodzeniem przekształcać w użyteczne związki chemiczne i paliwo. Dzięki zastosowaniu odpowiednio dobranych fotokatalizatorów transformacja brudnej wody w czystą i otrzymanie przy tym wartościowych surowców chemicznych nie wymaga specjalistycznych instalacji i zachodzi w warunkach powszechnie występujących w przyrodzie.

Katalizator to substancja, która dodana do reakcji chemicznej przyspiesza jej przebieg i całkowicie odtwarza się po jej zakończeniu. Zazwyczaj aktywacja katalizatorów zachodzi w wysokich temperaturach, rzędu kilkuset stopni, często przy znacznie podwyższonym ciśnieniu. Katalizatory nad którymi pracują naukowcy IChF PAN są wyjątkowe, bowiem ich aktywacja następuje pod wpływem światła, zaś temperatura otoczenia nie ma większego wpływu na proces katalizy.

Badane w IChF PAN fotokatalizatory to substancje stałe, których podstawą jest dwutlenek tytanu TiO2. Katalizowana reakcja zachodzi w cieczy zawierającej zanieczyszczenia organiczne. Po zakończeniu reakcji katalizator można odseparować niemal bez strat i użyć ponownie.

Z zasady, do efektywnej reakcji katalizy wystarcza niewielka ilość katalizatora. W przypadku naszych badań, już 0,5 grama fotokatalizatora na bazie dwutlenku tytanu pozwala przyspieszyć reakcję i oczyścić 1 litr wody – mówi dla naszego portalu dr inż. Juan Carlos Colmenares z IChF PAN. Moja praca przypomina trochę alchemię - żartuje Colmenares. Biorę 'magiczny' proszek, wsypuję do brudnej wody, mieszam i wystawiam na słońce. Po paru godzinach mam czystą wodę plus substancje, z których można robić użyteczne rzeczy, na przykład leki.

Za pomocą fotokatalizy z udziałem dwutlenku tytanu badaczom udało się wyprodukować kwasy karboksylowe, stosowane m.in. w farmacji i przemyśle spożywczym. Możliwe jest również spreparowanie fotokatalizatora w taki sposób, aby reakcja dobiegała do końca i powstawały substancje o najprostszej budowie, jak wodór czy dwutlenek węgla. Ostatni związek nie jest pożądany i wymagałyby zagospodarowania, wodór ma jednak doskonałe perspektywy jako paliwo przyszłości.

Czeka nas jeszcze sporo badań i testów. W tym roku planujemy przeprowadzić eksperymenty w pilotażowym fotoreaktorze o objętości 50 litrów.  W tym celu udamy się do Kordoby w Hiszpanii. Tamtejszy Uniwersytet od kilku lat dysponuje nowoczesnym fotoreaktorem idealnie nadającym się do naszych badań. Chcemy zastosować pewną ilość fotokatalizatora w 50 litrach cieczy, po kilkugodzinnej reakcji odzyskać fotokataliztor i użyć go do ponownej reakcji w kolejnych 50 litrach. Te testy udzielą odpowiedzi na bardzo wiele nurtujących nas pytań. Pokażą przede wszystkim jak wydajny jest katalizator na bazie dwutlenku tytanu, co trzeba jeszcze udoskonalić, zmodyfikować, jakie parametry zmienić, aby przejść do jeszcze większej skali testów – opowiada naszemu portalowi Colmenares.

Technologia oparta na wykorzystaniu fotokatalizatorów w przyszłości może być zastosowana nawet w oczyszczalniach ścieków. Wtedy w dobrze nasłonecznionym osadniku, dodając kilka, bądź kilkanaście gram fotokatalizatora, po paru godzinach można by otrzymać kilkanaście tysięcy litrów względnie czystej wody.   

W wielu krajach nasłonecznienie jest wystarczające przez cały rok, więc potencjalny rynek zbytu opracowanej przez nas technologii będzie naprawdę spory. Korzyści mogą być obopólne, bowiem już w tej chwili w Europie, Azji, czy Ameryce Południowej zapotrzebowanie na czystą wodę jest ogromne i bardzo często pojawiają się problemy w tej kwestii. My sprzedajemy technologie do krajów tropikalnych, w zamian otrzymując tanią, czystą wodę. Dwutlenek tytanu, na którym bazujemy jest powszechnie dostępnym i niedrogim związkiem. Według mnie za kilkanaście lat ropa zejdzie z piedestału, a na świecie najczęściej zadawanym pytaniem będzie „ile kosztuje woda?” – opowiada nam Colmenares. Badania prowadzone w skali laboratoryjnej wyglądają bardzo obiecująco, ale powtarzam, czeka nas jeszcze naprawdę dużo testów. Po każdym eksperymencie w większej skali musimy wrócić do laboratorium i zoptymalizować odpowiednie parametry. Wszystko na pewno zajmie nam sporo czasu, ale jest to konieczne zanim technologia będzie mogła być rozpowszechniana – wyjaśnia Biotechnologii.pl Colmenares.

Red. Tomasz Sznerch