I kombination med rätt material, solstrålar kan göra underverk:de rengör byggnadsfasader och bryter ned föroreningar från luften eller i vattnet. Det magiska ordet är fotokatalys. I praktiken, fastän, effektiviteten av detta "mirakelkur" varierar kraftigt, beroende på vilket material som används och miljöfaktorer. Med en ny mätinstrument, forskare vill nu bestämma ytornas fotokatalytiska effektivitet mer exakt och snabbt, därigenom öka effektiviteten.

Körförbud, diesel eftermontering eller det blå märket - det diskuteras för närvarande mycket om hur man kan minska kväveoxid och partiklar i städer. Hur praktiskt skulle det vara om husfasader och tak helt enkelt skulle rena stadsluften i förbifarten? Och om byggnader kunde befria sig från smuts direkt? Den goda nyheten är att detta redan är möjligt med fotokatalys. När byggmaterial blandas med en så kallad katalysator som titandioxid (TiO2), solljus i kombination med syre utlöser en kemisk reaktion. Titandioxid bildar reaktiva ämnen som minskar smuts och föroreningar. Oavsett om det är betong, glas- eller fasadfärg, nästan alla material kan uppgraderas med fotokatalytisk teknik.

Det finns flera fallgropar, dock:beroende på underlaget, ytstruktur och miljöpåverkan, den fotokatalytiska effektiviteten varierar med upp till 100 procent eller mer, beroende på förorening och produkt. Effektiviteten är också en fråga om rätt blandning:om bara ytan är belagd, katalysatorn tvättar snabbt av eller eroderar. Om du blandar in det i materialet, mycket av det är inte effektivt. Den optimala blandningen har ännu inte hittats. Dessutom, sådana byggmaterials långsiktiga beteende och stabilitet är svåra att förutsäga utanför laboratoriet.

Dessutom, det finns en stor skillnad mellan de effektiviteter som kan uppnås i laboratoriet och de som erhålls utanför vid praktisk användning. Dessa frågor har knappt studerats än. En bättre förståelse av dessa relationer var målet för de elva partnerna i det gemensamma projektet PureBau. Deras mål var att förbättra materialföreningarnas effektivitet så att bättre fotokatalytiskt aktiva byggmaterial kan utvecklas.

Ett nytt verktyg för effektiv forskning

Som en av partnerna, Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST i Braunschweig arbetar med en mätmetod som gör just detta möjligt. "Den tidigare forskningen och utvecklingen av fotokatalytiskt aktiva byggmaterial var ofta en test-och-fel-process, på grund av avsaknaden av ett lämpligt mätförfarande. Dessutom, det var helt enkelt inte möjligt att utföra tillförlitliga mätningar i fältet. Även om effekter kan beräknas med hjälp av simulering, denna process är mödosam och utöver det, det används inte i stor utsträckning ", säger Frank Neumann, Chef för arbetsgruppens fotokatalys vid Fraunhofer IST.

Neumann och hans kollegor hade redan patenterat en process för att snabbt och reproducerbart mäta den fotokatalytiska självrengöringen av produkter i laboratorieskala. Detta gör det möjligt att avgöra hur snabbt ett material med en viss katalysator rengör en yta, som en fasad eller ett tegeltak. Grundprincipen:ett självlysande färgämne ångavsätts på en yta, och sedan mäts hastigheten med vilken det bleknar under ljusets påverkan. Från parametrarna för ljusintensitet och tjocklek på färgskiktet, effektiviteten kan bestämmas.

Från laboratoriet till fältet

Utmaningen nu var att överföra denna metod till en bärbar enhet som fungerar utan vakuumförhållanden, samtidigt som mätningen påskyndas avsevärt. Genom sitt samarbete med Institute for High Frequency Technology (IHF) vid Technical University of Braunschweig, forskarna uppnådde detta i två steg:eftersom färgämnesyntesen som användes i laboratoriet fram till dess visade för många oönskade kemiska reaktioner, de var tvungna att hitta nya färgämnen. Färgämnen med europium-metallkomplex användes, precis som i OLED. Dessutom, den tidigare metoden för ångavlagring fungerade inte längre för mobilapplikationen. "Istället, vi överförde färgämnena i ett monoskikt till en polymerbärare och kombinerade kemiskt både med så kallade ankargrupper, "Neumann förklarar. Bakfilmen har fördelarna med att vara väl lämpad för alla ytor, minimera kemiska reaktioner med materialet och undvika skador orsakade av mätningar som görs direkt på fasader (t.ex. färgöverföring). Beläggningen med ett enda färgskikt säkerställer processens reproducerbarhet.

I nästa steg, en demonstrator av en mobil mätpistol utvecklades tillsammans med företaget Omicron Laserage Laserprodukte GmbH. I ett bajonettlås, filmen fästs där med färgämnet och pressas på ytan som ska testas. Enheten mäter sedan sönderfallet av luminescens genom UV -bestrålningen och bestämmer den fotokatalytiska effektiviteten - både kvalitativt och kvantitativt efter graden av effektivitet. Mättiden i denna procedur har reducerats till cirka 15 minuter, jämfört med relevant standardtestning som kan ta upp till tre timmar.

Neumann är övertygad om att mättekniken kan vara klar för marknaden om ett till två år. Detta skulle vara intressant för tillverkare av byggmaterial, beläggningsexperter och mätleverantörer, såväl som för användare:"Framför allt, det skulle äntligen vara möjligt att kontrollera kvaliteten på för närvarande använda produkter inom fältet, men det skulle också vara möjligt att påskynda utvecklingen av effektiva fotokatalytiska material. "På lång sikt, detta kan i sin tur främja omfattande självrengöring av fasader, tak och trafikleder och säkerställa ett bättre klimat i våra städer.