أربع لوحات جدارية ضخمة، مساحة كل منها 1000 متر مربع، أصبحت «فلترات» لتنظيف الهواء في مانيلا عاصمة الفيليبين. ويتم رسم هذه الجداريات بطلاء ينظف الهواء من الملوثات.

الطلاء يدعى Boysen KNOxOUT ويحتوي على مادة تدعى CristalACTIV ابتكرتها شركة «كريستل غلوبال» التي تتخذ من جدة في السعودية مقراً رئيسياً. هذه المادة تفكك الملوثات وتحولها إلى مواد غير ضارة، عن طريق المعالجة الحفّازة ضوئياً بثاني أوكسيد التيتانيوم (TiO2). الفكرة هي الآتية: عندما تصطدم الأشعة فوق البنفسجية بثاني أوكسيد التيتانيوم، تحدث تفاعلاً حفازاً يدمر جزيئات الملوثات، بما فيها أكاسيد النيتروجين (NOx) التي تنبعث من احتراق الوقود الأحفوري وتُحدث ضباباً دخانياً عندما تتحد مع مركبات عضوية متطايرة. ومعلوم أن التعرض لمستويات عالية من أكاسيد النيتروجين قد يحدث اضطرابات تنفسية خطيرة، بما فيها تلف رئوي.

التفاعل الحفاز يمنع أيضاً البكتيريا والأوساخ من الالتصاق بالسطوح المطلية، ما يسهل إزالتها برش الماء أو بالمطر. والمنتجات الجانبية للتفاعل غير ضارة، فالمركبات العضوية تتفكك الى ثاني أوكسيد الكربون والماء، في حين تنتج أكاسيد النيتروجين أملاح النيترات.

وتعتبر مانيلا من المدن الأكثر تلوثاً في العالم. وقد أظهرت دراسة للبنك الدولي أن هواءها الملوث يتسبب سنوياً في 5000 وفاة قبل الأوان، كما تبين أن أكثر من نصف مجموع الأدوية المبيعة في الفيليبين عام 2009 كانت لأمراض تنفسية. وتشكل انبعاثات السيارات المصدر الأكبر لملوثات الهواء. لذلك اتخذت سلطات المدينة قراراً خلاّقاً برسم الجداريات المنقية للهواء، في خطوة رائدة يمكن استنساخها في جميع مدن العالم.

وليس وضع الهواء في المدن العربية أفضل من مانيلا. فإلى جانب المحتويات المرتفعة من الكبريت والجزيئات (الغبار) وأوكسيد الكربون، تسجل مستويات أكاسيد النيتروجين ارتفاعاً كبيراً يصل إلى أضعاف الحدود المسموحة. ومن أبرز الأسباب الاحتراق غير المكتمل لوقود السيارات الناجم عن ضعف الرقابة على نوعية البنزين والمحركات والصيانة. والمفارقة أن منع البنزين المحتوي على الرصاص، الذي يساعد على الاحتراق، يترافق في بلدان عربية عدة مع إضافة بديل للرصاص، مما أدى إلى زيادة أكاسيد النيتروجين، فوصلت في بيروت، مثلاً، إلى ضعفي الحد الأقصى المقبول. والسبب أن معظم السيارات المستخدمة في المنطقة العربية قديمة وغير مجهزة بمحول حفّاز يساعد على احتراق البنزين بلا رصاص. ومن أبرز المخاطر الصحية أن أكاسيد النيتروجين تتفاعل مع الضوء، لتتحول إلى غاز الأوزون. وفي حين أن طبقة الأوزون في الأجواء العليا مفيدة لأنها تحمي من الأشعة فوق البنفسجية، فإن لارتفاع معدلات الأوزون في أجواء الأرض آثاراً صحية وخيمة.

تكنولوجيا كريستل آكتيف

ثبتت فعالية «كريستل آكتيف» علمياً في عدة تجارب ودراسات حول العالم. وأُعلنت مؤخراً نتائج دراسة بريطانية، بعدما قام فريق أبحاث من كلية كينغز كولدج في جامعة لندن باختبارهذه المادة لمدة أربع سنوات في ناحية كامدن في العاصمة البريطانية، بالتعاون مع مصلحة النقل. وأثبتت الدراسة أن هذه التكنولوجيا تؤدي الى تحييد نحو 60 في المئة من أول أوكسيد النيتروجين و20 في المئة من ثاني أوكسيد النيتروجين في الهواء القريب من السطح الخارجي المعالج. وذلك يتوقف على قوة الريح واتجاهها ومقدار الأشعة فوق البنفسجية الفاعلة في المعالجة. كما تبين أن الضوء الاصطناعي والضوء المنعكس كافيان لدفع التفاعل في غياب ضوء الشمس.

أجريت الدراسة في ساحة كلية سانت مارتن للفنون في كامدن، من يوليو/ تموز 2007 الى ديسمبر/ كانون الأول 2010، وتم تطبيق المعالجة بثاني أوكسيد التيتانيوم الحفاز ضوئياً على جدار في الساحة. وأفادت النتائج أن كل ستة أمتار مربعة من الجدران المطلية بمادة كريستل آكتيف تزيل يومياً، كمعدل، انبعاثات أكاسيد النيتروجين لسيارة تعمل على الديزل أو البنزين، بافتراض أن السيارة العادية تجتاز ما معدله 20 كيلومتراً داخل لندن وتنفث ما معدله 3,3 غرام من أكاسيد النيتروجين في اليوم. ويمكن إزالة أكاسيد النيتروجين التي تطلقها 15 ألف سيارة في المدينة باستعمال طن واحد من هذه المادة الشفافة في طلاء الأبنية.

وقد تثبت أهمية هذه التكنولوجيا بشكل خاص في المجمعات السكنية والمستشفيات القريبة من الطرق المزدحمة والمعرضة لمستويات عالية من أكاسيد النيتروجين والأوزون الأرضي. كما يمكن طلاء النوافذ داخل البيوت بهذه المادة الشفافة، ما يساعد في تنقية الهواء الداخلي.

وثبت أن قدرة كريستل آكتيف على تخفيض تلوث الهواء تستمر طوال سنتين الى ثلاث سنوات بعد وضع الطلاء الأصلي. وفي مواد أخرى، مثل الخرسانة، تستمر لمدة تصل الى 15 سنة. فثاني أوكسيد التيتانيوم مادة حفازة، لا تتفاعل مع الملوثات بل تحفز على تفكيكها، وتبقى هي على حالها.

كيف يعمل كريستل آكتيف؟ لهذا المحلول تأثير مماثل لتأثير المساحات الخضراء، كالمتنزهات العامة، اذ يُحدث «عناقيد» من الهواء النظيف في المدن. عندما يصطدم ضوء الشمس بثاني أوكسيد التيتانيوم، تنقل إلكتروناته الطاقة الى الأوكسيجين والماء الموجودين في الهواء، ما يخلق جذوراً حرة (free radicals). هذه الجذور الحرة تؤكسد جزيئات أكاسيد النيتروجين فتتحول إلى نيترات. وكلما ازدادت قوة ضوء الشمس كانت العملية أسرع.

ويمكن استخدام هذه المادة في منتجات متنوعة، مثل الطلاء والاسمنت والقرميد (الآجر) والألومنيوم والزجاج، وحتى في صباغ الألبسة. وتكون الحاجة أقل الى التنظيف أو إعادة الطلاء، لأن الأوساخ لا تعلق على السطح المعالج. فثاني أوكسيد التيتانيوم مادة جاذبة للماء، لذلك تشكل المياه التي تلامسه طبقة عليه بدلاً من قطرات صغيرة. وتدخل هذه الطبقة تحت الأوساخ وترفعها عن السطح وتجعلها تنجرف مع المطر. وهذا ما يجعل السطوح المعالجة بهذه المادة ذاتية التنظيف.

توفر هذه التكنولوجيا حلاً لمشكلة عالمية كبرى. فهي قادرة على تخفيض مستويات أكاسيد النيتروجين التي تشكل خطراً على صحة الانسان اذا تجاوزت 200 مليغرام في المتر المكعب من الهواء في الساعة. وهذا يمكِّن مدناً كبرى من تحقيق معايير جودة الهواء اذا تم تنفيذ هذه التكنولوجيا على نطاق واسع.

عصر النانوتكنولوجيا

في العام 2005، قامت شركة الانشاءات السويدية العملاقة Skanska ببناء جدران خرسانية تفكك انبعاثات عوادم السيارات في الأنفاق. كما أعلنت إمكانية صنع حجارة رصف للطرق تنظف الهواء في المدن. وذلك ضمن مشروع سويدي فنلندي مشترك لتطوير منتجات اسمنتية يتم طليها بثاني أوكسيد التيتانيوم، الذي يستعمل غالباً في الطلاء الأبيض ومعجون الأسنان ويصبح تفاعلياً بشكل كبير عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية.

وفي اختبار أجري عام 2003، قامت شركة «إيتاسيمنتي» بتعبيد 7000 متر مربع من طريق في إحدى ضواحي ميلانو بإسمنت حفاز ضوئياً. ووجدت أن مستويات أكاسيد النيتروجين في الهواء القريب انخفضت بنسبة تصل الى 60 في المئة، وفق أحوال الطقس. وأجرت شركة «غلوبال إنجينيرنغ» الايطالية، التي طورت المنتج، اختباراً على طريق في ميلانو طولها 250 متراً تسلكها 1500 سيارة يومياً. وأظهرت النتائج انخفاض التلوث بنسبة 60 الى 70 في المئة في ذروة الازدحام. ووجد اختبار مماثل في فرنسا أن مستويات أكاسيد النيتروجين كانت أدنى 20 الى 80 في المئة قرب جدار طلي باسمنت حفاز ضوئياً، مما هي قرب جدار طلي باسمنت عادي.

ألمنيوم ضد الضباب الدخاني

يؤدي ثاني أوكسيد التيتانيوم عملين بارعين، فهو ذاتي التنظيف، ويفكك الملوثات في الهواء. وقد أعلنت شركة الألمنيوم «ألكوا» مؤخراً عن منتجها الجديد EcoClean وهو طلاء يحتوي على «كريستل آكتيف» تطلى به ألواح الألمنيوم المستعملة لتغليف الأبنية، فتتحول الى آكلات للضباب الدخاني.

لكن هذه الألواح تكلف بين 4 و5 في المئة أكثر من ألواح الألمنيوم التقليدية. وتقول الشركة إن 930 متراً مربعاً من ألواحها «لها قدرة على تنظيف الهواء تعادل قدرة 80 شجرة تقريباً». وهي لا تدعي أن ألواحها يجب أن تحل مكان الأشجار، بل تخطط لغرس 10 ملايين شجرة في أنحاء العالم بحلول سنة 2020 من ضمن برنامجها للمسؤولية البيئية.

خرسانة ذكية

طور علماء في جامعة إيندوفن للتكنولوجيا في هولندا مادة رصف «تأكل» التلوث فعلاً، ويأملون أن تصبح في وقت قريب أداة حاسمة لتحسين نوعية الهواء في المدن.

الخرسانة الجديدة مطلية بثاني أوكسيد التيتانيوم الحفاز ضوئياً، فتزيل أكاسيد النيتروجين مستخدمة ضوء الشمس لتحويلها إلى نيترات يجرفها المطر. وقال البروفسور يوس برويرز من دائرة العمارة والبناء والتخطيط في الجامعة: «أظهرت الاختبارات التي أجريناها انخفاضاً في أكاسيد النيتروجين راوح بين 35 و40 في المئة في أماكن رصفت بالخرسانة الجديدة».

وإذ يعمل ثاني أوكسيد التيتانيوم كمادة كيميائية ذاتية التنظيف، فإن للخرسانة الجديدة ميزة مضافة هي أنها تفكك الطحالب والأوساخ بحيث يبقى سطحها نظيفاً.

بعد تجارب مخبرية مكثفة، تمت تجربة الخرسانة الآكلة للتلوث في مدينة هينيلو الهولندية، حيث رُصف 1000 متر مربع من الطريق بحجارة مصنوعة منها. وللمقارنة، رصف جزء آخر مساحته 1000 متر مربع ببلاط إسمنتي عادي. ثم أُخذت عينات من الهواء على ارتفاعات تتراوح بين نصف متر و1,5 متر فوق الطريق. فتبين أن الحجارة الخرسانية المنقية للهواء في المختبر تحقق الأثر ذاته في الهواء الطلق.

هكذا تساهم تقنية كريستل آكتيف في تحسين نوعية الهواء، بتقليل تركيز أكاسيد النيتروجين التي تتفاعل مع المركبات العضوية المتطايرة وتنتج غاز الأوزون. وبالتالي، يمكن التحكم في تقليل انبعاث الأوزون الذي يعتبر مكوناً رئيسياً للضباب الدخاني.

على كل حال، ما زالت هذه التكنولوجيا في بداياتها التسويقية. ويأمل العاملون فيها أن يتم تطويرها واستخدامها على نطاق واسع وصولاً إلى مدن خالية من الضباب الدخاني