Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen 32/2006 – Fotokatalytisk omsætning af NOx på beton

Fotokatalytisk omsætning af NOx på beton

2 Litteraturstudie

I en række patenter og artikler hævdes det, at nitrøse gasser ved hjælp af fotokatalytisk effekt kan omsættes og fikseres på en titandioxidholdig beton, og således bidrage til en reduktion af luftforureningen i bymiljøet.

Nitrøse gasser er en fællesbetegnelse for en række nitrogenoxider. I luftforureningsmæssig sammenhæng er det især NO og NO₂,der er på tale, og man angiver derfor ofte nitrøse gasser som NO_x.

Sundhedsmæssigt er NO₂ den mest interessante af kvælstofoxiderne. Derfor er de sundhedsmæssige grænseværdier i byerne fastsat for NO₂ og ikke for NO og NO_x.

NO₂ omdannes i lungerne til nitrat, nitrit, salpetersyrling og salpetersyre, som er luftvejsirriterende. NO₂ kan nedsætte lungefunktionen samt lungernes modstandsevne mod infektioner, og NO₂ er især generende for personer med luftvejssygdomme som f.eks. astma og kronisk bronkitis. (Kilde: Miljøkontrollen i København).

De væsentligste kilder til luftforurening med kvælstofoxider er udstødningsgas fra trafikken og emissionen fra kraftværkerne. NO_x-emissionen opstår ved forbrænding ved høj temperatur, hvor der både sker en iltning af kvælstofforbindelserne i brændslet samt kvælstoffet i luften.

Ved forbrænding ved høj temperatur iltes kvælstoffet hovedsagelig til NO - for benzinbiler over 90 %, men pga. luftens indhold af ozon sker der dog hurtigt en videre omdannelse af den forholdsvis ufarlige NO til det mere sundhedsskadelige NO_2.

Mængden af NO₂ i luften er i høj grad afhængig af tilstedeværelsen af ozon i luften. Derfor vil en reduktion i udslippet af kvælstofoxider ikke slå særlig kraftigt igennem i den NO₂-koncentration, der findes i luften. (Kilde: Danmarks Miljøundersøgelser: NO₂ og NO: Tendenser for årsmiddelværdier).

Nitrogenmonooxid, NO, er en farveløs giftig gas, som reagerer med luftens ilt og danner nitrogendioxid, NO₂.

Nitrogendioxid er en brunrød giftig gas med en stikkende lugt.

Nitrogendioxid kan reagere med vand, og på denne måde omdannes den til salpetersyre. De nitrøse gasser, som bruges ved industriel fremstilling af salpetersyre, stammer typisk fra forbrænding af ammoniak.

Nitrogendioxid indeholder nitrogen i oxidationstrinet +4, og ved fremstilling af salpetersyre oxideres NO₂ yderligere for med vand at give salpetersyre, hvor nitrogen findes i oxidationstrinet +5(Ullman's Encyclopedia of industrial chemistry).

Nitrogenoxid har en grænseværdi i arbejdsmiljøet på 25 ppm svarende til 30 mg/m³, medens nitrogendioxid har en grænseværdi i arbejdsmiljøet på 2 ppm svarende til 4 mg/m³. Grænseværdierne for luftforurening i arbejdsmiljøet er normalt angivet som gennemsnitsværdier over en arbejdsdag; men grænseværdien for nitrogendioxid er en loftsværdi; som ikke må overskrides på noget tidspunkt (At-vejledning c.01 Oktober 2002).

Danmarks Miljøundersøgelser måler løbende koncentrationen af NO og NO₂ i en række større danske byer, og koncentrationen af såvel NO som NO₂ har de seneste år ligget omkring eller lidt over 40 µg/m³ i gadeniveau i de mest trafikerede gader (Kilde: Danmarks Miljøundersøgelser: NO2 og NO: Tendenser for årsmiddelværdier).

Kravene til indholdet af nitrøse gasser i bymiljøet vil blive skærpet i de kommende år. EU har udsendt en række direktiver til regulering af luftforureningen i byerne, og i denne forbindelse vil den maksimalt tilladte koncentration af NO₂ som gennemsnit over et år fra 2010 blive 40 µg/m³ (Palmgren, F.)

Mitsubishi Materials markedsfører en belægningssten kaldet "NOXER" eller "NO_x removing paving block". Blokken beskrives som en NO_x fjernende sten, som anvender fotokatalytisk reaktion. Princippet er patenteret under "JP PATENT 2988376".

Ifølge Mitsubishi Materials dannes der aktiv ilt på betonblokkens overflade, når den belyses med ultraviolet lys fra solen. Dette skyldes indhold af titandioxid i betonen. Den aktive ilt omsætter NO_x i luften til salpetersyre, som derefter til en vis grad vaskes væk med regnvand. Salpetersyre, som bliver tilbage på betonoverfladen, eller som siver længere ind i blokken, vil blive neutraliseret af alkali i betonen (NOXER).

Mitsubishi Materials angiver, at NOXER-stenene er i stand til at fjerne 1,5 mmol NO_x pr. m² pr. 12 timer svarende til 69 mg NO₂ pr. m² pr. 12 timer. Der opstilles et regneeksempel, hvor det forudsættes, at der findes et areal af Noxer-sten på 30.000 m². Dette areal vil teoretisk medfører en samlet årlig NO_x-reduktion på i alt 755 kg pr år.(NOXER)

Også undersøgelser gennemført af CTG-Italcementi Group viser, at beton med ca. 5 % titandioxid effektivt reducerer koncentrationen af NO_x i luften over betonoverfladen, og at denne fjernelse af NO_x forøges, når betonen belyses med ultraviolet lys (Cassar, L.).