En la constante búsqueda de soluciones tecnológicas para mejorar nuestras vidas, y en concreto la contaminación del aire en interiores, un grupo de investigación ha diseñado un tipo de pantalla recubierta con un catalizador que transforma los contaminantes del aire en compuestos inofensivos. Estas pantallas funcionan con bombillas halógenas e incandescentes, y el equipo ya está trabajando para que la tecnología sea compatible con bombillas LED.
Este innovador desarrollo se centra concretamente en la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COVs), que representan la mayoría de los componentes en el aire interior. Estos compuestos incluyen acetaldehído y formaldehído, y se liberan de pinturas, productos de limpieza, ambientadores, plásticos, muebles, cocinas y otras fuentes.
«Aunque la concentración de COVs en una vivienda u oficina es baja, las personas pasan más del 90% de su tiempo en interiores, por lo que la exposición se acumula con el tiempo», explica el Dr. Hyoung-il Kim, investigador principal del proyecto.
Los métodos convencionales que se utilizan para eliminar los COVs del aire interior dependen del carbón activado u otros tipos de filtros en purificadores, que deben ser reemplazados periódicamente. Recientemente se han desarrollado otros dispositivos que logran descomponer los COVs con la ayuda de termocatalizadores activados por altas temperaturas, o fotocaltizadores, que responden a la luz. La mayoría de estas unidades requieren de un calentador separado o una fuente de luz ultravioleta (UV), lo que puede producir subproductos no deseados.
El equipo de investigación de Kim optó por un enfoque más simple requiriendo solo una fuente de luz visible que también produjera calor, como una bombilla halógena o incandescente, y una pantalla de lámparas recubierta con un termocatalizador.
«Las bombillas halógenas convierten solo un 10% de la energía que consumen en luz, mientras que el 90% restante se transforma en calor. Las bombillas incandescentes son aún peores, emitiendo un 5% de luz y un 95% de calor. Ese calor suele desperdiciarse pero decidimos usarlo para activar un termocatalizador y descomponer los COVs», detalla Kim.
En un paper publicado el otoño pasado, el equipo informó que habían sintetizado termocatalizadores a base de dióxido de titanio y una pequeña cantidad de platino. Los investigadores recubrieron el interior de una pantalla de lámpara de aluminio con el catalizador y colocaron la pantalla sobre una bombilla halógena de 100 vatios en una cámara de prueba que contenía aire y gas de acetaldehído.
Encender la lámpara calentaba la pantalla a temperaturas de hasta unos 250 grados Fahrenheit, lo suficiente para activar los catalizadores y descomponer el acetaldehído. Durante este proceso de oxidación, el COV se convertía inicialmente en ácido acético, luego en ácido fórmico y finalmente en dióxido de carbono y agua. Ambos ácidos son suaves, y la cantidad de dióxido de carbono liberado es inofensiva, destaca Kim. Los investigadores también descubrieron que el formaldehído se puede descomponer en las mismas condiciones y que la técnica funciona con bombillas incandescentes.
«Esta fue la primera demostración en la que se utilizó el calor residual de las fuentes de luz. La mayoría de los proyectos de investigación anteriores, e incluso un par de lámparas en el mercado, han confiado en fotocatalizadores activados por luz para eliminar la contaminación del aire interior», comenta Kim.
En su trabajo más reciente, el grupo de investigación está explorando sustitutos menos costosos para el platino. El equipo ya ha demostrado que estos nuevos catalizadores a base de hierro o cobre pueden descomponer los COVs. Además, el cobre es un desinfectante, por lo que Kim anticipa que el catalizador de cobre podría eliminar los microorganismos presentes en el aire.
Ahora, los científicos buscan formas de extender el concepto de la pantalla de lámpara destructora de contaminantes a las bombillas LED, un segmento en rápido crecimiento en el mercado de la iluminación. Sin embargo, a diferencia de las bombillas halógenas e incandescentes, las bombillas LED emiten muy poco calor para activar los termocatalizadores. Por lo tanto, el equipo de Kim está desarrollando fotocatalizadores que se estimulan con la luz cercana al UV emitida por las bombillas LED, así como otros catalizadores que transforman parte de la salida de luz visible de los LED en calor.
«Nuestro objetivo final es desarrollar un catalizador híbrido que pueda utilizar todo el espectro de luz producido por las fuentes de luz, incluidos la luz UV y visible, así como el calor residual», concluye Kim.
Los resultados de esta innovadora investigación han sido presentados en la reunión de otoño de la Sociedad Química Estadounidense (ACS). El evento, denominado ACS Fall 2023, se llevó a cabo de manera híbrida, tanto virtual como presencial, del 13 al 17 de agosto, contando con alrededor de 12.000 presentaciones sobre una amplia gama de temas científicos.
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