En ny typ av utomhusfilter som kan minska luftföroreningarna i staden och som är planerad att debutera vid OS i Paris 2024 har tilldelats Horizon-priset på 3 miljoner euro för material för ren luft.

Priset, som tillkännagavs den 30 oktober vid konferensen Innovative Industries for Smart Growth i Wien, Österrike, lanserades av Europeiska unionen 2015 för att hitta den mest prisvärda, hållbar och innovativ lösning för att minska koncentrationen av partiklar i stadsområden.

Jean-Jacques Theron, materialchef vid Corning European Technology Center, Frankrike, som vann priset för att anpassa företagets befintliga teknik för användning i friluft, sa att han var inspirerad av kollegor som arbetade i företagets kinesiska labb.

"Det är mycket välkänt att partikelföroreningsnivåerna i kinesiska stadsområden ibland kan vara ganska höga, ", sa han. "Det finns vissa platser där du inte ens kan se 10 meter framför dig. Det verkar inte vara så illa i Europa, men när du börjar gräva i data – speciellt (när du tittar på) fina och ultrafina partiklar, några av dem är inte ens synliga men de har en skadlig effekt på hälsan."

Enligt Världshälsoorganisationen, luftföroreningar utgör för närvarande den största miljörisken för människors hälsa.

"Faktum är att några ganska höga nivåer lokalt har registrerats i Europa, vilket innebär att det finns ett behov av att rensa upp luften, sa Theron.

För att ta itu med problemet, Therons team bestämde sig för att anpassa ett filter utformat för att fånga upp fordonsutsläpp så att det kunde rena luften från partiklar. I linje med priskriterierna, de var tvungna att se till att det var hållbart, kompatibel med miljön och prisvärd.

"Vi anpassade och utvecklade filterkonceptet som ursprungligen uppfanns på Corning för mobila utsläpp. Den största utmaningen här, och en av anledningarna till att vi inte bara kunde hålla den utanför, är den stora mångfalden av partiklar för utomhusapplikationer – damm, flygaska, rök, aerosoler, ånga, dimma och kondenserande ångor – kontra de från mobila utsläpp – sotpartiklar från utsläpp från förbränningsmotorer, sa Theron.

Vaxkaka

Nyckeln till filtret är bikakedesignen och keramiska material. När luft passerar genom strukturen, partiklar fastnar på väggarna, lämnar ren luft för att drivas ut.

"Bikakestrukturen är anpassad för att erhålla en mycket stor filtreringsyta över ett mycket litet utrymme, ", sa Theron. "Och keramiken är viktig för det första för att vi har möjlighet att manipulera dem till bikakestrukturer och för det andra för att keramiken är porös, vilket gör det möjligt för den att fånga de finare partiklarna."

Materialet som bildar filtret kallas kordierit – det är gjort av en blandning av lera, aluminiumoxid, talk och kiseldioxid. "Det här är helt naturliga oorganiska material, " sa Theron. Cordierit har en hög smältpunkt, vilket gör den väldigt hållbar.

Kombinationen av material och design leder till ett mycket effektivt filtreringssystem. Utformningen av det slutliga systemet håller fortfarande på att färdigställas, men en enhet i full storlek kan bli cirka 10 meter hög och leverera 3,6 miljoner kubikmeter renad luft varje dag.

Forskarna kommer att använda en del av sina prispengar för att räkna ut hur många enheter som skulle behövas för att säkerställa ren luft i ett visst område, och stationerna kommer att utformas för att anpassa sig till olika föroreningsnivåer så att styrkan på filtreringsprocessen kan justeras.

I samarbete med teamet i Kina, Therons labb placerade prototypfilterstationer i Shanghai, Kina och norr om Paris, Frankrike, och övervakade deras prestationer. De fann att det hjälpte till att hålla nivån av partiklar mindre än 2,5 mikron under Världshälsoorganisationens tröskelvärde för ren luft på 10 mikrogram per kubikmeter.

Stationerna samlar också in luftföroreningsdata på daglig basis, tillhandahålla en högkvalitativ datauppsättning som gör det möjligt för forskarna att spåra föroreningsnivåer över tid och göra justeringar av filtreringsstyrkanivåerna efter behov.

Tekniken är fortfarande i prototypfasen, men pengarna från Horizon-priset går till att få ut det på marknaden, förhoppningsvis i tid till de olympiska spelen 2024 i Paris. Theron tänker sig att filtren kommer att lanseras officiellt vid OS, och stationerna kunde placeras i Olympic Village, med målet att ge idrottarna en källa till högkvalitativ renad luft.