ENGINEERINGNET.BE - 91% van de wereldbevolking ervaart dagelijks een ondermaatse luchtkwaliteit volgens de Wereldgezondheidsorganisatie. Gevaarlijke stoffen zoals roet, koolstofmonoxide en koolstofdioxide, stikstofoxide… kunnen leiden tot ernstige gezondheidsproblemen zoals hart- en longziektes.
Bovendien dragen ze bij aan de opwarming van de aarde. Om verschillende klimaatdoelstellingen te behalen, en de algemene gezondheid te verbeteren, is het opportuun om deze stoffen in zowel stedelijke- als landelijke gebieden af te breken. Een mogelijke oplossing hiervoor is titaniumdioxide (TiO2) te verwerken in asfaltmengsels.
Titaniumdioxide of TiO2, een wonderlijke stof
Titaniumdioxide is een zeer gekende en relatief goedkope fotokatalytische halfgeleider. Dit betekent dat het een nano-stof is, die door uv-straling een chemisch proces in gang kan zetten. In dit geval gaat deze stof door uv-straling chemische energie gebruiken om verschillende schadelijke stoffen af te breken tot onschadelijke vloeibare stoffen. Het gebruik van TiO2 is al lang gekend en wordt dan ook zeer vaak gebruikt in de onderzoekswereld en industrie. Nu onderzocht Arne Chantrain of het kan ingezet worden als “luchtreiniger” in ons asfalt en optimaliseerde hij de techniek.
Asfalt, de oplossing?
TiO2 wordt al voor verschillende doeleinden gebruikt. Toch blijft een commerciële toepassing uit. Een nieuwe en zeer interessante mogelijkheid, die nog niet uitgebreid is onderzocht, is het gebruik van TiO2 in asfaltwegen. In België alleen al ligt er meer dan 150.000 km aan wegdek, een ongelofelijk groot oppervlak met zeer veel lichtinval.
Met andere woorden lijkt dit de perfecte combinatie voor optimale luchtzuivering. Daarnaast beschikken de meeste van onze wegen over een perfect functionerend rioolsysteem waar het eindproduct, de onschadelijke vloeibare stof, gemakkelijk mee kan worden afgevoerd en behandeld.
Om TiO2 toe te voegen aan een asfaltmengsel, kan men twee keuzes maken: ofwel sprayt men de stof op het asfaltoppverlak, ofwel mengt men de TiO2-deeltjes met het asfaltmengsel. Beide methodes hebben hun voor- en nadelen. Zo zorgt de spray-methode voor een hogere efficiëntie. Maar door het contact met autobanden is deze minder duurzaam. Bij het mengen van de stof in het asfalt is dit juist omgekeerd: het gaat langer mee, maar het is minder efficiënt.
Roetdeeltjes, een grote boosdoener!
Tijdens dit onderzoek focuste Chantrain zich op de afbraak van roet, een ernstige schadelijke stof die ontstaat door de onvolledige verbranding van koolstofhoudende brandstoffen (bv. hout of steenkool maar ook benzine en diesel). Roet is ook gekend als elementair koolstof en wordt gekenmerkt door zijn gitzwarte kleur.
Om de afbraak van roet doorheen de tijd vast te kunnen leggen, maakte hij verschillende stalen: kleine asfaltblokjes waarop de onderzoeker eerst een mengsel van TiO2 en later een mengeling van roetdeeltjes aanbracht. Deze blokjes werden dan in een speciale kamer geplaatst waar uv-straling op het oppervlak scheen. Daarna keek Chantrain hoeveel roet er werd afgebroken door het asfalt. Hij zag dat de afbraak succesvol verliep, en dat er na 50 dagen tot wel 90% minder roet op het asfalt lag.
En wat met de kwaliteit van het asfalt?
Naast de mogelijkheid van TiO2 om schadelijke stoffen af te breken, heeft Chantrain meerdere testen uitgevoerd naar de kwaliteit van het asfalt bij aanwezigheid van TiO2. Al deze testen bevestigen dat er geen belangrijke verschillen zijn in de chemische- en fysische aspecten van het asfalt. Dit wil zeggen dat het gebruik van TiO2 in asfalt alleen positieve effecten kan hebben op ons leefmilieu zonder de kwaliteit van onze wegen aan te tasten.
Luchtzuiverend asfalt, een mooi sprookje?
Hoewel er nog wat meer onderzoek moet gebeuren, is er toch duidelijk aangetoond dat TiO2-asfalt zonder probleem grote hoeveelheden roet kan afbreken zonder de kwaliteit van het asfalt aan te tasten. In Nederland testten ze dit concept al op een aantal wegen om stikstofoxide uit de lucht te filteren. Daar vonden ze dat het in werkelijkheid moeilijker verloopt dan in het labo, vooral door de te koude weersomstandigheden en te weinig zonlicht. De volgende stap in dit onderzoek is dus om na te gaan of deze techniek voor het filteren van roet ook zo goed werkt op onze wegen als in het labo.
Arne Chantrain (Universiteit Antwerpen) nam deel aan de Vlaamse Scriptieprijs 2021. Lees zijn masterproef.
Bijna/net afgestudeerd? De Vlaamse Scriptieprijs gaat ook dit jaar op zoek naar de beste scripties en brengt ze onder de aandacht van de pers. Deelnemers maken kans op een publicatie in Engineeringnet en prijzen tot 2.500 euro.
Arne werd bovendien genomineerd voor de mtech+prijs die technologisch onderzoek in de verf zet. Geeft jouw scriptie blijk van knap creatief technologisch onderzoek? Dan maak ook jij kans op deze prijs ter waarde van 1.500 euro.
Deelnemen? Kruip in je pen, schrijf een boeiend journalistiek artikel over je onderzoek en stuur het samen met je scriptie in via www.scriptieprijs.be.
