¿Alguna vez has deseado que una superficie se limpie sola? Aunque suene a película de ciencia ficción o un futuro muy lejano, es algo que se está usando ahora mismo gracias a un material muy común que seguro te sonará: el dióxido de titanio (TiO₂).
En los últimos años ha estado ganando importancia en el ámbito de la investigación de las llamadas “superficies autolimpiantes” *. Resumidamente, estas tienen la capacidad de descomponer la suciedad usando únicamente la luz solar.
En este blog explicaremos cómo funciona, por qué es tan especial y sus aplicaciones. A nosotras nos ha sorprendido lo cotidiano que puede llegar a ser.
¿Qué hace especial al TiO₂?
El TiO₂ es un compuesto que es fotocatalítico, es decir, empieza a actuar cuando le da la luz. Siendo un material tan común, hoy en día es ampliamente empleado en arquitectura pero para otras funciones que también posee, como pigmento blanco. [2]
Pero... ¿Cómo funciona realmente?
Lo que ocurre es que al recibir luz el TiO₂, en su superficie se generan electrones y huecos. Estás pequeñas partículas reaccionan con el oxígeno y el agua del aire y forman moléculas muy reactivas. Estás moléculas, degradan la suciedad poco a poco. Es un proceso silencioso, que no se nota, pero que está funcionando constantemente. [3]
Además, tiene una propiedad muy útil: la superhidrofilia. Esto significa que la superficie tratada con TiO₂ “atrae” al agua y hace que se extienda como una capa continua, en vez de formar gotas. Cuando llueve, esa película arrastra los restos que ya han sido degradados. [4]
El resultado es bastante llamativo: superficies que prácticamente se mantienen limpias solas.
Aquí dejamos un vídeo corto que explica el proceso con dibujos:
Video 1: ¿Cómo funciona TitanoClean? [5]
Pero tiene una serie de limitaciones, a las que se han ido añadiendo mejoras para mitigarlas, aunque el TiO₂ funciona de forma natural, su eficiencia depende de la luz ultravioleta y de la superficie donde se aplique. Por eso, los investigadores han desarrollado versiones mejoradas mediante dopaje, combinación con otros semiconductores o nanoestructuración, que aumentan su rendimiento y durabilidad.
La idea que inspiró este material inteligente fue el famoso efecto loto. ya que estas son tan hidrofóbicas que las gotas ruedan sobre ellas llevándose la suciedad. Aunque el mecanismo no es el mismo (el loto repele el agua y el TiO₂ la “extiende”), los dos buscan lo mismo: evitar que la suciedad se quede pegada. [6]
En el caso del TiO₂, se une esta inspiración natural con la fotocatálisis, logrando un doble efecto:
✔ descompone la suciedad
✔ y facilita que el agua la elimine
Figura 1: Superficie de flor de loto actúa como TiO2 [7]
Pero este material no se emplea únicamente en la teoría, sino que sorprendentemente ya se está empleando en muchos espacios cotidianos y muy diversos. Como, por ejemplo ciudades como Roma. Algunos túneles y edificios utilizan recubrimientos de TiO₂ para mantener las superficies más limpias durante largos periodos de tiempo. El túnel Umberto I es uno de los ejemplos más conocidos.
Pero además de sus aplicaciones en cristales y fachadas, también tiene mucha importancia para la eficacia de paneles solares.
Uno de los mayores problemas de los paneles solares es que al acumular polvo, van perdiendo su rendimiento. Por ello, al aplicar recubrimientos de TiO₂,la superficie se limpia con mayor facilidad. Con esto, se consigue que los paneles mantengan una mayor captación de las luz sin necesidad de mantenimiento constante.
Si esto no parece lo suficiente cotidiano, también se están comenzando a emplear en espejos, duchas y azulejos antihumedad. En estos funciona de forma que al volverse hidrofílica la superficie, el vapor no se condensa en gotas, lo que reduce el empañamiento y facilita la limpieza.
Entre otras aplicaciones, también destacan los textiles y pinturas inteligentes. Aunque en tejidos no se está aplicando tanto como podría debido a su coste, en pinturas cada vez este material es más viral. Esto último es debido a que el TiO₂ en pinturas puede ayudar a purificar el aire, es reducir, reducir la contaminación de este, degradando contaminantes como los NOx de las grandes ciudades. [8]
Figura 2: Fachada tratada con recubrimiento autolimpiante de TiO2 [9]
Viendo todas estas aplicaciones se podría decir que, a pesar de ser un material tan común, se puede aplicar en muchos ámbitos diferentes, incluso a ayudar a combatir las emisiones producidas por el ser humano que pueden afectar directamente a la salud de los ciudadanos.
Aunque bien es cierto que existen otros tipos de materiales considerados "autolimpiantes", como los materiales que se activan por la lluvia y ayudan a mantener las fachadas limpias y con buen aspecto. Pero la gran ventaja del TiO₂ es que sólo requiere la luz solar.
Su investigación sigue vigente, es decir, los científicos buscan constantemente formas de hacer que las superficies sean más eficientes con menos esfuerzo.
Es un área con mucho potencial que los laboratorios no tienen duda de explotar.
A continuación hemos preparado una serie de datos curiosos relacionados con la investigación de este material, pudiendo observar que sus aplicaciones en lugares cotidianos están presentes desde hace unas décadas.
"El primer edificio autolimpiante con TiO₂ se inauguró en 2003."
La inauguración de la Iglesia del Jubileo en Roma, Italia, donde el TiO₂ se empleó incorporado en el hormigón reforzado de color blanco puro de la estructura. De esta manera se esperaba conferirle propiedades autolimpiantes y de preservación del color a largo plazo, tanto que hoy en día se encuentra en muy buen estado.
Figura 3: Iglesia del Jubileo, primer edificio autolimpiante [10]
"En Japón, hospitales y estaciones lo usan para reducir microorganismos en zonas de mucho tránsito."
Japón fue uno de los primeros países en comercializar recubrimientos de TiO₂ y desde hace años se ha estado empleando en quirófanos y centros de atención médica para evitar el riesgo de infecciones con eficacias de hasta el 98%.
Además, se ha estado usando en estaciones de tren, baños públicos y pasillos del metro como un objetivo doble, eliminar los olores mediante la capacidad de oxidación del TiO₂ que descompone los compuestos orgánicos volátiles, y también como reducción de microorganismos.
"Algunos estudios recientes sugieren que podría incorporarse a ropa y mobiliario urbano en los próximos años."
En cuanto a las telas, cada año se está investigando más, incluso ya se han desarrollado métodos para fijar el TiO₂ en telas de algodón para poder obtener las propiedades autolimpiantes y protección UV. Aunque la investigación tiene desafíos para mejorar la durabilidad del recubrimiento, es un ámbito muy próspero.
Sobre el mobiliario urbano, existen proyectos europeos y españoles (este último un ejemplo sería el proyecto RESPIRA) que se dedican a desarrollar recubrimientos basados en el TiO₂ para bancos, señales de tráfico... Que sean capaces de purificar el aire descomponiendo los óxidos de nitrógeno. [11]
Figura 4: Mobiliario urbano descontaminante [12]
🔗 Referencias
* Superficie autolimpiante: Superficies diseñadas para mantenerse libres de suciedad sin necesidad de intervenirlas de alguna manera. [1]
[4] Artículo de investigación: Juan Yang, Chuncheng Chen, Hongwei Ji, Wanhong Ma, Jancai Zhao (2005). Mechanism of TiO₂-Assisted Photocatalytic Degradation of Dyes under Visible Irridation: Photoelectrocatalytic Study by TiO₂-Film Electrodes. The Journal of Physical Chemistry B. 21900-21907. DOI: 10.1021/jp0540914. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp0540914
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