Využití slunečního záření k čištění ovzduší

Znečištění ovzduší má prokazatelně negativní dopady na lidské zdraví i na životní prostředí. Evropská agentura pro životní prostředí (EEA) uvádí, že znečištění vzduchu v Evropě způsobuje každoročně předčasné úmrtí nejméně 1200 dětí a dospívajících. Podle WHO celých 99 procent lidí dýchá znečištěný vzduch. Proto se hledají nové a efektivní způsoby, jak kvalitu ovzduší zlepšit.

Dopady znečištění ovzduší

Účinky znečištění ovzduší způsobené vysokými teplotami jsou podle nedávné zprávy Světové meteorologické organizace (WMO) stejně škodlivé, ale často jsou přehlíženy. Děti jsou ohroženější než dospělí kvůli tomu, že se jejich orgány teprve vyvíjejí a mají slabší imunitní systém. To má za následek častější výskyt astmatu, alergií a obtíží s dýcháním. Nejhůře jsou na tom obyvatelé údolí řeky Pád v Itálii, oblasti poblíž uhelných elektráren a mnoho velkých měst.

Model, z něhož zpráva WHO vychází, je postaven na měřeních ve více než 6000 městech ve 117 zemích a datech ze satelitních záběrů. Zaměřuje se na znečištění polétavým prachem a oxidem dusičitým (NO2). Polétavý prach se může dostávat do plic a krve, komplikovat dýchání, poškozovat oběhový systém a vést i k mrtvici.

Podle zprávy Mezinárodní meteorologické organizace (WMO) o stavu klimatu v Evropě za rok 2022 došlo mezi lety 1997 a 2022 ke ztrátě 880 kilometrů krychlových ledu na evropských ledovcích. Tento vývoj teploty a úbytek ledu ukazují na naléhavou potřebu dalších opatření a snahy o omezení globálního oteplování. Evropa a celý svět čelí výzvám spojeným s klimatickou změnou, a proto je nezbytné podporovat udržitelné způsoby výroby energie a snižování emisí skleníkových plynů.

Meteorologická, hydrologická a klimatická nebezpečí v Evropě v roce 2022 způsobila 16 365 hlášených úmrtí a přímo postihla 156 000 lidí. Přibližně 67 procent těchto událostí bylo spojeno s povodněmi a bouřkami, které způsobily většinu ekonomických škod ve výši přibližně 2 miliard dolarů.

Čtěte také: Gorily a jejich přirozené prostředí

Znečištění ovzduší ve městech

Vzduch, který se ve velkoměstech dostává ven z kancelářských budov, může do okolí uvolňovat spoustu znečištění. Kancelářské budovy chrlí do okolí takzvané těkavé organické sloučeniny neboli VOC. Jsou známé tím, že mohou poškozovat lidské zdraví nebo ozonovou vrstvu.

Moderní veřejné a komerční budovy jsou obvykle vybaveny systémy vytápění, větrání a klimatizace, označují se zkratkou HVAC. Ty zajišťují lepší kvalitu vzduchu uvnitř budov a současně to, aby lidem uvnitř nebylo ani horko, ani zima. Vzduch se při tomto čištění a zahřívání nebo ochlazování prohání opakovaně celou stavbou, což může měnit jeho složení tím, že se stýká s nejrůznějšími částmi budov.

Výzkum zjistil, že koncentrace těkavých organických látek v interiérech jsou 2- až 15krát vyšší než venku a že na jednotku plochy jsou emise těkavých organických látek z budov srovnatelné s emisemi z dopravy nebo průmyslu. Kanceláře jsou významným zdrojem emisí látek, které se jmenují reaktivní monoterpeny a siloxany, do venkovního prostředí. Siloxany se používají v deodorantech, parfémech, pleťových vodách a výrobcích pro péči o vlasy, monoterpeny se zase využívají jako aroma v nejrůznějších spotřebních produktech.

„Chování vzduchu a znečištění v budově se dynamicky měnilo v závislosti na obsazenosti a podmínkách větrání budovy,“ uvedli vědci. „Naše výsledky ukazují, že budovy mohou přímo ovlivňovat kvalitu ovzduší ve městech díky značné výměně vzduchu mezi venkovním a vnitřním prostředím.“

Pokud jde o to, co lze udělat pro zmírnění emisí VOC z budov, navrhují vědci, že je třeba se více zaměřit na odstraňování těchto látek v systémech, které používají k filtraci uhlíkové filtry.

Čtěte také: Jaké potrubí na střechu?

Nové technologie pro čištění vzduchu

I malá inovace může mít velký význam pro čistý vzduch. V Belgii na universitě vymysleli zařízení, které využívá sluneční záření k čištění vzduchu a produkci vodíku. Ten se může střádat a použít jako zdroj energie. "Spojili jsme oba procesy do jediného přístroje," říká Sammy Verbruggen, profesor biologických věd na univerzitě v Antwerpách.

V případě čištění vzduchu se zaměřili na těkavé organické sloučeniny, což jsou malé molekuly uvolňující se z chemikálií používaných např. v čalounictví, z koberců, kopírovacích strojů, čisticích prostředků v domácnosti apod. Ve vyšších koncentracích mohou lidem způsobovat bolesti hlavy, dráždění očí, závratě, nevolnosti i astmatické záchvaty. Těkavé organické sloučeniny se vyskytují v uzavřených budovách, málo větraných prostorech, v bytech a v továrnách vyrábějících čalounění nebo barviva.

Prototypovým zařízením je čtvercová buňka s aktivní oblastí přibližně 1 × 1 cm. Obsahuje dvě komůrky oddělené membránou ze speciálního nanomateriálu. Znečistěný vzduch přichází dovnitř jednou stranou. Vstupním okénkem proniká dovnitř sluneční světlo. Membrána obsahuje světlem aktivovatelný katalyzátor, na němž se rozloží malé organické molekuly obsažené ve vstupujícím vzduchu. Během procesu se uvolní protony, projdou membránou a shromažďují se na druhé straně. Zde je platinový katalyzátor přemění na vodík.

„Zjistili jsme, že to jde i se vzduchem, možná dokonce i s větší účinností,“ říká Verbruggen. Verbruggen a jeho kolegové vyzkoušeli funkci přístroje na různých organických sloučeninách, mj. na metanu, etanu, acetaldehydu či kyselině octové.

V prototypovém zařízení využívá membrána ultrafialovou složku slunečního záření, což je pouze 4 - 5 % slunečního spektra. Vědci zkoušejí nové materiály na membránu a pracují na tom, aby se účinná oblast spektra dala rozšířit na 40 - 50 %, což by samozřejmě zvýšilo celkovou účinnost.

Čtěte také: Přírodní prostředí a podnikání

Také fotokatalytické betony nabízejí možnost, jak doprava může přispívat k čištění vzduchu. Obsahují světlem aktivované látky se silným oxidačním účinkem. Obvykle je jejich klíčovou složkou oxid titaničitý, jehož molekuly v důsledku působení slunečního záření vytvářejí reaktivní formy kyslíku (ROS). Mají silnou oxidační sílu, která rozkládá látky znečišťující ovzduší, jako jsou těkavé organické sloučeniny (VOC), oxidy dusíku, oxidy síry a čpavek, a co je pro lidský organismus neméně důležité, zabraňuje i tvorbě jemných částic.

Experiment ukázal, že během 24 hodin díky tomuto betonu poklesl obsah oxidů dusíku o 18 %. Badatelé dospěli k závěru, že by fotokatalytický beton měl fungovat prakticky neustále, bez nutnosti údržby nad rámec běžného betonu.

Čističky vzduchu a filtry

Existuje celá řada různých filtrů, od předfiltru, přes uhlíkový a HEPA filtr až po jejich kombinace. Dále jsou tu pokročilé technologie, jako elektrostatický filtr nebo například ionizátor. Každý typ této technologie má svá pro a proti a zkrátka se hodí na něco jiného.

• DACRON® filtr: Zabraňuje průniku těm největším částicím.
• Uhlíkový filtr: Pohlcuje pachy, vhodný pro kuřáky a lidi citlivé na pachy.
• HEPA filtr: Zachytává až 99,97% mikročástic o velikosti 300 nanometrů.
• HEPA filtr (95%): Odstraní 95% mikročástic o velikosti 300 nanometrů.
• Kombinovaný filtr (HEPA a uhlíkový): Zachytává prachové shluky, neutralizuje zápachy, toxiny a jiné plynné znečištění.
• UV lampa: Využívá ultrafialové záření k dezinfekci vzduchu a ničení mikroorganismů.
• Fotokatalytický filtr TiO2: Mřížka tvořená oxidem titaničitým, která v kombinaci s UV světlem rozkládá organické látky.
• Elektrostatický filtr: Využívá ionizátor k dodání záporných iontů částicím, které se shlukují a snadněji se zachytí.
• Ionizátor: Produkuje záporné ionty (anionty), které ovlivňují kvalitu vzduchu.

Využití slunečního záření pro výrobu energie

Přímé sluneční záření může sloužit jak pro výrobu tepla, tak pro výrobu elektřiny. V posledních letech se počet solárních systémů pro přípravu teplé vody (tzv. fototermické systémy) i díky dotačním programům výrazně zvýšil. Také počet a plocha solárních systémů pro přímou přeměnu slunečního záření na elektřinu (tzv. fotovoltaika) doznaly velmi razantního zvýšení.

Nerovnoměrné osvětlení povrchu Země způsobuje, že intenzita slunečního záření, která je reálně a technicky využitelná, není na všech místech a v každém čase stejná. Mění se roční období, hustota oblačnosti a její pokrytí na obloze. Přímé sluneční záření jako zdroj obnovitelné energie není k dispozici po celý den, ani celý rok. Navíc obvykle teplou vodu potřebujeme až večer při příchodu ze zaměstnání, škol apod. Stejně tak potřebujeme v létě svítit až pozdě večer. To už Slunce nesvítí.

Využití slunečního záření pro pasivní vytápění objektů v přechodných měsících roku spočívá v zajištění co největšího oslunění interiéru objektu tak, aby energie, která projde oknem v podobě viditelného světla se v objektu transformovala na dlouhovlnnější (tepelné) záření, dále ohřívala povrchy a objekty v místnosti a zpět do místnosti vyzařovala záření tepelné. K zabránění zpětného vyzařování tepelného záření do venkovního prostoru, se používají speciální (dnes už běžně dostupná) skla, která obvykle mají na vnějším povrchu vnitřního skla mikroskopickou vrstvu oxidu kovů, která pro tepelné záření funguje jako zrcadlo.

Solární stěna pro předehřev vzduchu

Solární stěna, známá také jako solární vzduchový kolektor, je zařízení instalované na fasádu budovy, které slouží k předehřevu vzduchu pomocí sluneční energie. Funguje na principu fototermiky - tedy přeměny slunečního záření na teplo. Vzduch nasávaný zvenčí prochází přes perforovaný tmavý panel, který se ohřívá sluncem, a následně je přiváděn do interiéru budovy. Tento systém snižuje potřebu klasického vytápění a přináší výraznou úsporu energie.

Výhody solární stěny:

• Úspora energie: V zimních měsících může solární stěna pokrýt až 30-50 % potřeby tepla na předehřev vzduchu.
• Snížení nákladů: Nižší spotřeba plynu nebo elektřiny vede k úsporám v řádu tisíců korun ročně.
• Ekologický provoz: Solární stěna neprodukuje žádné emise CO₂ a využívá obnovitelný zdroj energie.
• Snadná údržba: Systém má minimum pohyblivých částí a vyžaduje jen občasnou kontrolu a čištění.
• Dlouhá životnost: Kvalitní solární stěny vydrží 20 i více let.

Typy solárních stěn:

• Pasivní solární stěna: Vzduch proudí přirozenou konvekcí bez použití ventilátorů. Je vhodná pro menší objekty a nízkoenergetické domy.
• Aktivní solární stěna: Vzduch je nasáván a distribuován pomocí ventilátorů. Tento typ je efektivnější a vhodný pro větší objekty nebo průmyslové budovy.
• Hybridní systémy: Kombinují pasivní a aktivní prvky, například s možností automatického řízení podle teploty nebo slunečního svitu.

Možnosti instalace solární stěny:

1. Instalace na jižní fasádu
2. Instalace na západní nebo východní fasádu
3. Instalace na samostatnou konstrukci
4. Integrace do zateplovacího systému

Ekonomická návratnost

Investice do solární stěny se může vrátit během 5-10 let v závislosti na velikosti systému, ceně energie a míře využití. Například rodinný dům s aktivní solární stěnou může ročně ušetřit 8 000-12 000 Kč na nákladech za vytápění. Při využití dotací se doba návratnosti ještě zkracuje.

Příklady z praxe:

• Rodinný dům v jižních Čechách: Instalace aktivní solární stěny o ploše 12 m². Roční úspora energie: 9 500 Kč. Návratnost: 7 let.
• Škola v Královéhradeckém kraji: Solární stěna o ploše 60 m² s napojením na centrální větrací systém. Roční úspora: 45 000 Kč. Dotace pokryla 50 % nákladů.
• Výrobní hala v Ostravě: Hybridní systém s automatickým řízením. Úspora na vytápění: 120 000 Kč ročně. Návratnost: 6 let.

Fotokatalýza

Nanotechnologie FN-NANO, která je českým vynálezem, je založena na využití fotokatalýzy a uplatňuje se v desítkách zemí po celém světě. Účinně eliminuje nepříznivé dopady provozu osobních automobilů na ovzduší. S využitím nanotechnologie FN-NANO přeměňujeme energii Slunce na čistící sílu schopnou ozdravit naše životní prostředí.

Základní fotokatalytické aplikace jsou čtyři: čištění povrchů, čištění vzduchu (venku i uvnitř budov), čištění vody a štěpení vody na vodík a kyslík. Jako nejčastější fotokatalyzátor se používá speciální forma oxidu titaničitého. Velkou předností tohoto materiálu je jeho stabilita a dlouhá životnost.

Na rozdíl od běžných čističek vzduchu, které používají filtry s omezenou kapacitou, fotokatalýza nečistoty rozkládá na povrchu fotokatalyzátoru působením světla. Fotokatalytické čištění je účinné nejen proti organickým toxickým látkám, ale i proti všem mikroorganismům. Venkovní aplikace se využívají také k odbourávání oxidů dusíku.

Pro zdravého člověka je asi největší hrozbou chronické vystavování se i relativně nízkým koncentracím těkavých organických látek, z nichž nejznámější je formaldehyd. Další nebezpečné látky, které se vyskytují na místech se zvýšenou dopravou, jsou pak oxid dusičitý (NO2) a troposférický neboli přízemní ozon (O3). Pro občany se sníženou imunitou plyne hlavní nebezpečí z patogenních mikroorganismů, jako jsou viry, bakterie a spory. Ty však fotokatalytická čistička zahubí a na osvíceném povrchu fotokatalyzátoru jejich zbytky postupně i rozloží.

Fotokatalýza má jednu nevýhodu, její benefity jsou v některých případech relativně těžko ověřitelné. Existují ale například speciální inkousty, které jsou schopné identifikovat barevnou změnou fotokatalytický povrch. Na podrobnější analýzu je však potřeba relativně sofistikované laboratorní vybavení a samozřejmě odborná zkušenost.

Znečištění ovzduší a výkon solárních elektráren

Ve znečištěném ovzduší je výkon solárních elektráren nižší. Hlavní příčinou toho, proč „zelené“ solární farmy nefungují tak jak mají, jsou „nezelená“ auta a dýmající komíny elektráren. Ty do ovzduší uvolňují sulfáty, nitráty, černý uhlík a řadu dalších látek, které v konečném důsledku zastiňují solární instalace. „Pozoruhodné je, že se tomuto okruhu problematiky nikdo dosud intenzivně nevěnoval,“ dodává Li.

Ve znečištěném ovzduší je výkon solárních elektráren nižší. „Poněkud ironicky tak efektivita čisté energetiky závisí na omezení emisí z fosilních zdrojů,“ říká Li. Špinavý průmysl tu totiž vyrábí prostředky k produkci čisté zdroje energie a výroba je tu zhusta koncentrovaná do oblastí s vyšším solárním potenciálem. „Postupně by ale mohlo vyšší zapojení obnovitelných zdrojů, zvláště pak solární energetiky, odrážet pozorovatelnou změnu ve stavu a kvalitě ovzduší.

Prachové částice sedimentující na panelech ve městech mohou snižovat (v jistých částech světa) výkon solárních farem o 50 %. Celkem 92 % částic, které ulpělo na površích panelů, má svůj původ v nejrůznějších derivátech uhlíku. Po prvním měsíci od instalace se dá kvůli znečištění počítat s poklesem výkonu o 17 až 25 %, které v druhém měsíci stoupá na 35-50 %.

Kontroverzní metody SRM

SRM, úpravy a modifikace příjmu slunečního záření, jsou trochu kontroverzní metodou, jak se vypořádat s globálním oteplováním. Je to myšlenka nabízející částečnou kontrolu planetárního klimatu a hrátky s podnebím, sci-fi daleké zářivé budoucnosti.

Volání po zákazu něčeho, co víceméně existuje jen ve formě teoreticky proveditelného konceptu na papíře, může znít zvláštně. Jenže v případě SRM metody, která by počítala s vpravením miliard částic oxidu siřičitého do středních vrstev atmosféry, by mohla rizika negativ snadno převážit nad pozitivy. Pokusy o umělé zatmívání a odrážení slunečních paprsků by se velmi pravděpodobně mohly promítnout do narušení monzunového cyklu v jižní Asii a západní Africe. A tím by mohly podkopat jediný zdroj výživy pro stovky milionů lidí. Stratosférická injektáž sulfátů vy také vedla k vysoušení Amazonie. Jiné regiony by si naopak mohly výrazně polepšit. Jih Afriky by se mohl přestat obávat sucha. A o to jde: SRM by mohlo být perfektním řešením, ale jen pro někoho. Neprospělo by všem stejně, někomu by mohlo dost uškodit. A hrozba klimatických změn si zaslouží řešení komplexní, ne výběrové.

SRM s injektáží částic by muselo být pravidelně opakováno, v případě výpadku by situace eskalovala nárazově. Nakonec, tyto metody neučinily nic pro okyselování oceánů nebo zlepšení stavu čistoty ovzduší.

Signatáři listu žádají mezinárodní úmluvu se shodou o nepoužití této technologie, zastavení financování vývoje a výzkumu v této oblasti, monitorování zákazu implementace podobných schémat, odmítnutí těchto metod geoinženýrství.

Konference COP28

Účastníci klimatické konference COP28 v Dubaji se přitom už v pátek v prvním návrhu dohodli na krocích v oblasti ochrany klimatu. Žádají omezení nebo úplné vyřazení používání fosilních paliv. Šéf sekretariátu OSN pro změnu klimatu Simon Stiell delegáty v Dubaji vyzval, aby "naznačili konečný pokles" fosilních paliv, která jsou hlavní příčinou globálního oteplování.

Pro omezení emisí se vyslovila i předsedkyně Evropské komise Ursula von der Leyenová. "Globální emise musí dosáhnout vrcholu do roku 2025, musíme postupně vyřadit fosilní paliva a musíme snížit emise metanu," uvedla.

Studie poznamenává, že velké části Asie a většina částí Ameriky pravděpodobně zažije výjimečně teplou zimu, a existuje 95% šance, že globální průměrná povrchová teplota vytvoří v zimě nový historický teplotní rekord.

tags: #využití #slunečního #záření #k #čištění #ovzduší

Oblíbené příspěvky:

• LPG vs. Benzín: Srovnání emisí
• Art Plast stojan na pytle: Kompletní recenze
• Informace o komunálním odpadu
• SWAT a znečištění ovzduší
• Jak se dostat z Koh Phi Phi (Laem Tong Beach)