Các kỹ sư và kiến trúc sư đang tìm cách vô hiệu hóa các chất gây ô nhiễm không khí bằng cách xây dựng các tòa nhà có khả năng hấp thụ ô nhiễm. Hợp chất hóa học cấu thành nên chúng là titan dioxide (TiO2). Chẳng hạn, tại Mexico, mặt trước của bệnh viện Manuel Gea González được xây dựng từ những viên gạch được phủ một lớp siêu mịn của hợp chất này, có đặc tính làm vô hiệu các hạt gây hại cho sức khỏe. Có thể tòa nhà chống ô nhiễm tiếp theo sẽ được xây dựng trong thành phố của bạn?
Bệnh viện Manuel Gea González được thiết kế bởi công ty kiến trúc Elegant Embellishments tại Đức. Kiến trúc sư người Mỹ, kiêm giám đốc Allison Dring, giải thích các nguyên tắc đằng sau phát minh công nghệ cao này trong một hội nghị TEDx. Với tầm nhìn thực tế và tính thẩm mỹ, Allison Dring và đồng nghiệp Daniel Schwaag đã thiết kế cấu trúc tổ ong vì hình dạng này thúc đẩy lưu thông không khí, giúp tối ưu hóa các đặc tính quang xúc tác của titan dioxide. “Cải thiện môi trường ở cấp độ phân tử” là phương châm của họ.
Từng được sử dụng như một chất làm trắng trong kem chống nắng và sơn, TiO2 được sử dụng lần đầu tiên trong lĩnh vực kiến trúc bởi tập đoàn Italcedi của Ý. Công ty đã phát triển một loại bê tông tự làm sạch khoảng 10 năm trước. Ngay sau khi titan dioxide được phát hiện cũng có khả năng thanh lọc không khí, điều này đã mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp xây dựng xanh.
Cơ chế hoạt động
Titanium dioxide có tính xúc tác quang. Một cách dễ hiểu hơn là nó phản ứng với ánh mặt trời. Dưới tác dụng của bức xạ cực tím, một phản ứng hóa học diễn ra giữa titan dioxide và các chất ô nhiễm có hại, bao gồm oxit nitơ và các hạt nguy hiểm; khí gây ô nhiễm và chất hữu cơ, sau đó được chuyển đổi thành các hợp chất vô hại.
Hình ảnh mô phỏng cho thấy các tia năng lượng mặt trời khi chiếu vào một bề mặt được xử lý bằng titan dioxide, bị dội lại lên các đám mây đen bởi sương khói quang hóa chuyển sang màu trắng.
- Ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt được xử lý bằng titan dioxide (TiO2), một hợp chất được kích hoạt bằng bức xạ cực tím;
- Một phản ứng hóa học diễn ra khi các tia được phản xạ trên các khí gây ô nhiễm và các hạt nguy hiểm;
- Các chất có hại này trở nên vô hại.
Một ứng dụng khác, được phát triển và đưa ra thị trường bởi công ty Alcoa: các tấm nhôm được phủ một lớp titan dioxide – tấm Reynobond® | Reynolux®. Một giải pháp công nghệ cao góp phần làm giảm ô nhiễm không khí và tự làm sạch các tòa nhà, nước mưa chỉ cần cuốn trôi các chất độc hại đã bị phân hủy trước đó.
Các giải pháp xanh khác cho những thách thức đô thị
Các nhà khoa học tại Đại học California-Riverside đang thử nghiệm một thế hệ ngói lợp mới có khả năng hấp thụ sương khói quang hóa. Ở Hà Lan, các nhà khoa học đã thử phun titan dioxide trên khắp đường phố, kết quả đạt được ngoài dự đoán: mức ô nhiễm đã giảm 45%.
Mái nhà lợp bằng ngói tôn gợn sóng
Tất cả các giải pháp này đều đầy hứa hẹn và đồng nhất hướng tới việc cải thiện chất lượng không khí. Nhưng hãy cẩn thận! Việc sản xuất titan dioxide giải phóng các chất có hại và cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa về tác động của dòng nước mưa từ các tòa nhà này cũng như các ảnh hưởng của hạt nano TiO2 đế sức khỏe.
Nhưng dù sao thì vẫn nên có nhiều lý do để lạc quan hơn về một tương lai “xanh”. Vô vàn các thí nghiệm với titan dioxide và các vật liệu có khả năng hấp thụ các chất gây ô nhiễm khác như than sinh học, từ dư lượng sinh khối được biến đổi bằng nhiệt phân [đốt nóng khi không có oxy], chúng ta vẫn có quyền hy vọng.
Sương khói quang hóa là gì?
Theo ngữ nghĩa, sương khói quang hoá (smog) là sự kết hợp từ sương mù (fog) và từ khói (smok), tuy nhiên đó là hiệu quả của hiệu ứng nghịch nhiệt trong môi trường bị ô nhiễm không khí. Theo quy luật chung, nhiệt độ lớp khí quyến sát mặt đất nóng hơn trên tầng cao khiến cho hiện tượng đối lưu xảy ra giúp cho việc làm loãng các chất gây ô nhiễm khí phát sinh sát mặt đất. Điều gì sẽ xảy khi lớp không khí bên trên cao lại nóng hơn lớp không khí sát mặt đất? khi có lớp không khí mát lấn vào vùng khí nóng: khí mát nặng hơn, đi là là sát mặt đất đẩy khí nóng lên cao, hiện tượng đối lưu không xảy ra được, lớp không khí sát mặt đất bị ứ đọng, ngưng trệ, các chất ô nhiễm được tích luỹ lại cùng với hơi nước, tạo ra hiện tựơng sương khói quang hoá hay còn được gọi là sương mù axit. Sương khói thường rất đặc và khi có sương khói thì không có gió.
Theo lý thuyết, trong lớp sương khói này có bụi các loại, các khí xả động cơ giàu NOx, SOx, COx tác dụng với hơi nước tạo thành các giọt axit, các loại khí độc khác. Các khí bụi độc này tấn công vào phổi qua hoạt động hô hấp gây đau rát phổi, giảm hô hấp, đau đầu, hôn mê và có thể tử vong. Sương khói tác dụng vào mắt còn gây đau rát mắt, giảm thị lực. Cây cối bị sương khói làm khô héo lá và có thể chết giống như bị mưa axit.
Việc xuất hiện các lớp không khí nóng trên cao có nhiều nguyên nhân có thể phối hợp với nhau: khí xả từ ống khói nhà máy, nhiệt độ mặt đất cao vào những ngày nắng nóng bị nóng hơn do các cục nóng của máy lạnh đặt ngoài nhà cao tầng,và hội tụ khí áp nóng trên cao. Còn không khí lạnh sát mặt đất là do sự lấn vào của khối khí lạnh hoặc mát khi thay đổi thời tiết từ nắng nóng sang mát mẻ.
Cũng cần nói rõ là sương khói quang hoá và các tác động của nhiệt độ cực đoan thường gây nguy hiểm nhất cho người cao tuổi, phụ nữ có thai, trẻ em và người bị bệnh tim mạch.
