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Cosa sono le vernici Fotocatalitiche?
STORIA
Basate su un principio scoperto agli inizi del Novecento, rappresentano una tecnologia relativamente recente nel campo dell'edilizia. Le origini risalgono alla fine del XIX secolo, con la scoperta del fenomeno fotocatalitico da parte di chimici come Edmond Becquerel e Wilhelm Ostwald. Negli anni '20, si registrarono prime osservazioni dell'effetto autopulente di alcuni ossidi metallici sotto luce solare.
Lo sviluppo iniziale avvenne negli anni '50 e '60, con ricerche sui potenziali impieghi della fotocatalisi in diversi campi, inclusa la depurazione dell'acqua. Negli anni '70, iniziarono gli studi sulla possibile applicazione della fotocatalisi ai materiali da costruzione, con particolare attenzione al biossido di titanio (TiO2) come fotocatalizzatore principale.
La svolta avvenne nel 1979 con la pubblicazione dello studio rivoluzionario di Akira Fujishima e Kenichi Honda sul processo fotocatalitico del TiO2. Gli anni successivi videro un'intensificazione della ricerca e dello sviluppo di vernici fotocatalitiche a base di TiO2, con prime applicazioni commerciali su edifici negli anni '90 e 2000, soprattutto in Giappone e Europa.
Le vernici fotocatalitiche sono diventate una tecnologia affermata con una vasta gamma di applicazioni, con crescente interesse per il loro impiego come soluzione sostenibile per migliorare la qualità dell'aria e ridurre l'inquinamento.
L’azione alla base di queste vernici è la Fotocatalisi, vediamo cos’è.
LA FOTOCATALISI
“L’azione in virtù della quale alcuni materiali semiconduttori, per es. l’ossido di zinco e il biossido di titanio, sotto l’azione della luce possono dar luogo a reazioni di riduzione o di ossidazione di sostanze indesiderate presenti anche in piccole quantità. Tale proprietà può essere utilizzata per proteggere in superficie i rivestimenti delle costruzioni, preservandoli per un tempo molto più lungo di quello usuale. Sono in particolare interessate le costruzioni soggette a degrado superficiale per effetto del deposito di particelle carboniose e polveri inorganiche originate dalle emissioni dei mezzi di trasporto e degli impianti industriali. Per i calcestruzzi cementizi si può usare con ottimi risultati il biossido di titanio, la cui aggiunta rende la superficie delle costruzioni in grado di mantenere a lungo l’aspetto originario.” TRECCANI
Normalmente, ogni reazione chimica richiede una certa energia di attivazione per iniziare. Tuttavia, alcune reazioni sono così lente che non avvengono senza un aiuto. Il fotocatalizzatore abbassa l'energia di attivazione combinandosi con i reagenti, rendendo così le reazioni più facilmente realizzabili. Pur favorendo la reazione, il catalizzatore non si consuma nel processo e rimane invariato, a meno che non venga rimosso per abrasione o dilavamento. Il termine "foto" indica che il catalizzatore viene attivato dalla luce, permettendo l'abbassamento dell'energia di attivazione grazie alla sua presenza. L'efficacia della reazione fotocatalitica dipende dai raggi UV nella banda di valenza tra 300 e 400 nanometri, risultando massima durante le ore di maggiore irradiazione solare e minima nelle ore di oscurità. Tuttavia, l'uso di lampade UV può mantenere l'efficacia della reazione anche in assenza di luce solare.
MATERIALI FOTOCATALITICI
Il biossido di titanio è un semiconduttore altamente reattivo che può essere attivato dalla luce solare ultravioletta nella banda UV-A1, naturalmente presente nella radiazione solare. Questa proprietà deriva dalla sua natura di semiconduttore, caratterizzato da proprietà di conduzione elettrica intermedie tra un metallo (conduttore) e un isolante (non conduttore). Un fotocatalizzatore ideale deve possedere un elevato tasso di reattività quando è esposto all'energia della banda di gap o superiore, deve essere foto-stabile, inattivo rispetto a sostanze chimiche e biologiche, economico e facilmente reperibile. Sebbene diversi semiconduttori siano stati esaminati come fotocatalizzatori per la decomposizione degli inquinanti, il TiO2 è stato ampiamente sviluppato per la sua economicità e fotostabilità. Allo stato attuale, il biossido di titanio rimane il materiale di riferimento nel campo della fotocatalisi, mentre altri materiali potrebbero trovare applicazioni più specifiche in settori come l'elettronica.
Il CNR, tramite l'Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), è coinvolto in un progetto di ricerca europeo chiamato PICADA (Photocatalytic Innovative Coverings Applications for Depollution Assessment), che mira a studiare le potenzialità del diossido di titanio nel Campo Edilizio. Il progetto prevede lo studio in laboratorio e in scala reale delle proprietà di autopulizia e di abbattimento degli inquinanti di diverse preparazioni di diossido di titanio, con l'obiettivo di valutarne l'utilizzo come rivestimento edile per facciate.
Il CNR, in una relazione tecnica, stima che un metro quadrato di superficie fotocatalitica possa depurare fino al 90% di un metro cubo di aria in soli 45 secondi, dimostrando il potenziale significativo di questa tecnologia nel migliorare la qualità dell'aria urbana. L'Università di Urbino ha raggiunto conclusioni analoghe, evidenziando che l'impiego di malte cementizie fotocatalitiche è un'applicazione attuale e efficace per la riduzione degli inquinanti atmosferici. Questi materiali, esposti alla radiazione UV, catalizzano reazioni di ossidazione e riduzione che trasformano gli inquinanti in specie chimiche a ridotto impatto ambientale.
Studio CNR
VANTAGGI DELLE VERNICI FOTOCATALITICHE
Le vernici fotocatalitiche offrono numerosi vantaggi, rendendole una soluzione innovativa e sostenibile per migliorare la qualità dell'aria e delle superfici. Ecco brevemente alcuni dei principali vantaggi:
RIDUZIONE DELL'INQUINAMENTO ATMOSFERICO
Le vernici fotocatalitiche possono degradare composti organici volatili (VOC), ossidi di azoto (NOx) e altri inquinanti presenti nell'aria, contribuendo a migliorare la qualità dell'aria urbana.
PROPRIETÀ AUTOPULENTI
Queste vernici riducono l'accumulo di sporco e agenti inquinanti sulle superfici, mantenendo facciate e altre strutture edilizie più pulite e riducendo la necessità di manutenzione e pulizia.
EFFETTO ANTIBATTERICO E ANTIVIRALE
Riducendo la concentrazione di inquinanti nocivi, le pitture fotocatalitiche contribuiscono a diminuire i rischi per la salute associati all'inquinamento atmosferico, come problemi respiratori, malattie cardiovascolari e tumori.
CONTRIBUTO ALLA SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE
Utilizzando materiali fotocatalitici, si promuove una costruzione più sostenibile e rispettosa dell'ambiente, contribuendo alla riduzione dell'impronta ecologica delle infrastrutture.
DURABILITÀ E RESISTENZA
Le vernici fotocatalitiche aumentano la durabilità delle superfici edilizie, proteggendole dall'usura e dall'azione degli agenti atmosferici.
RIDUZIONE DEI COSTI DI MANUTENZIONE
Grazie alle proprietà autopulenti e alla maggiore durabilità, le superfici trattate richiedono meno interventi di manutenzione e pulizia, comportando risparmi sui costi a lungo termine.
Questi vantaggi fanno delle vernici fotocatalitiche una tecnologia promettente per affrontare le sfide ambientali contemporanee e promuovere un futuro più pulito e sostenibile.
CAMPI DI APPLICAZIONE
Grazie alla loro abilità di decomporre attivamente gli inquinanti e di ridurre la necessità di frequenti manutenzioni degli edifici, queste vernici stanno diventando fondamentali nelle strategie di progettazione e ristrutturazione urbana. Ecco le principali applicazioni nel campo edilizio:
Facciate esterne di edifici e condomini
L'uso principale delle vernici fotocatalitiche è sulle facciate esterne degli edifici. Le nanoparticelle di biossido di titanio presenti nella vernice attivano la fotocatalisi, decomponendo le sostanze organiche e proteggendo le superfici da macchie e inquinanti atmosferici. Questo processo non altera l'estetica delle facciate, che rimangono pulite e intatte più a lungo. Grazie al loro “mangia smog”, a Milano, ad esempio si stima che se il 20% degli edifici pubblici fosse trattato con queste vernici, si potrebbe ridurre l'ossido di azoto di oltre 73 mila chili all'anno, equivalente alle emissioni di un miliardo e 200 mila chilometri percorsi da auto a benzina Euro 6, o al beneficio prodotto da 176 mila alberi. Questa tecnologia è già in uso su edifici come la nuova sede del Sole 24 Ore e l'istituto Gonzaga, contribuendo a migliorare la qualità dell'aria in una delle città più inquinate d'Europa. Le vernici fotocatalitiche offrono un contributo significativo nella lotta contro l'inquinamento urbano, pur non rappresentando una soluzione definitiva.
Applicazioni in gallerie e ambienti stradali
Ne è un esempio le vernici fotocatalitiche utilizzate nella Galleria Umberto I a Roma. Questo progetto, che ha coinvolto il restauro della galleria situata nel cuore della città, ha dimostrato come l'applicazione di vernici cementizie a base di Biossido di Titanio possa migliorare significativamente la sicurezza e la qualità ambientale di tali spazi. La galleria, lunga circa 348 metri, larga 17 e alta 9, era precedentemente in condizioni di scarsa sicurezza, con problemi di illuminazione, impianti elettrici e manutenzione delle volte.
Durante i lavori di restauro, circa 9.000 metri quadrati di volta sono stati rivestiti con la vernice fotocatalitica, capace di abbattere le sostanze nocive prodotte dall'attività umana, come quelle provenienti dalle fabbriche, dalle automobili e dal riscaldamento domestico.
L'installazione di un nuovo impianto di illuminazione non solo ha aumentato la sicurezza stradale, ma ha anche potenziato i benefici disinquinanti della vernice fotocatalitica. L'illuminazione adeguata facilita l'attivazione della fotocatalisi, migliorando ulteriormente la capacità della vernice di decomporre le sostanze nocive. Di conseguenza, la galleria non solo è diventata più sicura e meglio illuminata, ma ha anche visto un miglioramento significativo nella qualità dell'aria interna, rendendo l'attraversamento più confortevole e sicuro per tutti gli utenti.
Applicazioni interne per la pulizia degli ambienti
Oltre agli utilizzi esterni, le vernici fotocatalitiche sono impiegate anche in ambienti interni, dove contribuiscono a migliorare la qualità dell'aria riducendo la presenza di composti organici volatili e altri inquinanti.
Uso in ambienti sanitari e pubblici
Le proprietà antibatteriche e antimicotiche delle vernici fotocatalitiche le rendono ideali per ospedali, cliniche, scuole e altri spazi pubblici. Queste vernici rappresentano una soluzione innovativa e vantaggiosa per la realizzazione di ambienti scolastici e asili nido, offrendo molteplici benefici per la tutela della salute e del benessere dei bambini.
Grazie alla loro capacità di neutralizzare virus e batteri e di ridurre significativamente la formazione di muffa, le vernici fotocatalitiche sono particolarmente indicate per ambienti con un'alta concentrazione di bambini. Queste vernici contribuiscono a creare un ambiente più salubre e sano, riducendo notevolmente il rischio di diffusione di malattie infettive e agenti patogeni. In questi luoghi, è cruciale prevenire la diffusione di germi e batteri, e l'uso di vernici che aiutano attivamente a sanificare l'ambiente può essere estremamente utile.
Qui potrai trovare altre applicazioni dove le vernici Fotocatalitiche hanno già dimostrato la loro efficacia.