Innowacja w zakresie filtracji powietrza eliminuje dym

Wzrost częstotliwości, nasilenia oraz długości trwania pożarów na całym globie staje się coraz bardziej problematyczny. Jednym z najbardziej niepokojących aspektów związanych z tym zjawiskiem jest rozprzestrzeniający się dym. Doskonałym przykładem są pożary lasów, jakie nawiedziły Kanadę w 2023 roku, dotykając obszary Ameryki Północnej i sprowadzając poziomy jakości powietrza (AQI) do niebezpiecznych wartości. Faktycznie, czasami ponad jedna trzecia populacji USA otrzymywała alerty dotyczące jakości powietrza. Dym przedostawał się również do mieszkań, szkół i miejsc pracy, co powodowało ataki kaszlu, świszczący oddech, bóle głowy, a nawet trudności w oddychaniu. Podczas gdy pożary trwały przez miesiące, również Europa i Australia zmagały się z groźnymi pożarami i pełnymi dymu niebem.

Długotrwałe wystawienie na dym może skutkować szeregiem problemów zdrowotnych, co czyni eskalację pożarów jeszcze bardziej niepokojącą. Nawet w obecności systemów wentylacyjnych, cząsteczki dymu mogą być trudne do usunięcia z powietrza wewnętrznego, a to właśnie te mikroskopijne cząsteczki stanowią największe zagrożenie dla zdrowia. Jednakże innowacyjna technologia opracowana w laboratorium badawczym uniwersytetu może odegrać kluczową rolę w tej walce. Nowa technologia filtracji o nazwie SPAR (Smoke and Pathogen Air Removal) — wcześniej znana jako FIL-TEX — usuwa dym poprzez aktywne przyciąganie i pochwycenie cząstek dymu z powietrza w pomieszczeniu. Początkowo została opracowana przez zespół pod kierownictwem dr. Warrena Jaspéra, profesora na Wydziale Inżynierii Tekstyliów, Chemii i Nauk w Wilson College of Textiles na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej (NC State University). Ironicznie, to urządzenie nie zostało zaprojektowane specjalnie do usuwania dymu z pomieszczeń. „To właściwie było przypadkiem” – stwierdził Jasper. „Obserwowałem, jak cząstki są absorbowane przez włókna, zwłaszcza podczas stosowania naładowanych polimerów. Ładując cząstki, uzyskujemy lepszą efektywność filtracji przy niższym spadku ciśnienia”.

Filtracja powietrza: Nieoczekiwane Odkrycie

To nieplanowane zdarzenie skłoniło Jaspéra do przemyślenia możliwości bardziej zaawansowanego podejścia do filtracji. Wymyśloną przez niego innowację stanowiło umieszczenie elektrod wykonanych z przędzy ze stali nierdzewnej na nieprzewodzących włóknach, takich jak bawełna, poliester, kevlar czy nawet plastik z recyklingu. To stworzyło nietermiczne pole plazmowe na powierzchni materiału tekstylnego. 

„Początkowo nie mieliśmy pojęcia, jak dobrze to będzie działać” – wspomniał Jasper. „Okazało się, że skuteczność filtracji wzrosła od 10 000 do 100 000 razy, co było niesamowite”.

Następnie zespół Jaspéra przystąpił do testów, aby sprawdzić, jakie inne rodzaje cząstek może uwięzić to nowatorskie urządzenie filtrujące. Okazało się, że kolega miał wędzarnię, w której można było przeprowadzić eksperymenty w ramach innego projektu badawczego.

„To nie był planowany eksperyment. Po prostu zapytałem, czy moglibyśmy umieścić filtr w pudełku i zobaczyć, co się stanie” – wyjaśnił Jasper. „Nie było żadnych ruchomych części ani aktywnej konwekcji. To było czyste elektrostatyczne przyciąganie, podczas którego filtr plazmowy ładował cząstki dymu”.

Filtracja Plazmowa Bez Ciepła

Plazmę często określa się jako czwarty stan materii, ale w przypadku nietermicznej plazmy nie generuje się dużych ilości ciepła lub w ogóle go nie ma. Zamiast tego zachodzą mikroskopowe reakcje. Działając jak magnes, filtr SPAR przyciąga cząsteczki dymu — olej, smołę, węgiel, sadzę i popiół — usuwając te niepożądane zanieczyszczenia z powietrza bez emitowania szkodliwych produktów ubocznych. Ponieważ filtr aktywnie przyciąga dym, co generuje naturalną konwekcję, nie potrzebuje dodatkowego wentylatora, chociaż taki dodatek zwiększa jego wydajność. Filtr SPAR jest niezwykle cienki, o zaledwie 2 mm grubości, i lekki. Zaprojektowany został tak, aby powietrze mogło swobodnie przepływać przez jego materiał bez znaczącego zużycia energii. Technologia filtrów została licencjonowana przez NC State University poprzez Stitch Partners, co umożliwia producentom jej integrację zarówno w nowych, jak i istniejących liniach produktów. Firma rozwijała opatentowaną technologię do tego stopnia, że teraz może być ona łatwo produkowana na dużą skalę. Zastosowania obejmują urządzenia do oczyszczania powietrza, takie jak filtry w systemach HVAC, a także niezależne oczyszczacze powietrza. W przypadku środków transportu wojskowego, takich jak łodzie podwodne, statki, samoloty, czołgi i transportery opancerzone, które nie mogą łatwo i szybko odprowadzić dymu, filtr SPAR zapewnia żołnierzom dodatkowy poziom bezpieczeństwa. W przypadku samolotów komercyjnych, towarowych i prywatnych filtr SPAR może być przekształcony w przenośne urządzenie do usuwania dymu (takie jak gaśnica), które można umieścić obok tradycyjnej gaśnicy w kokpicie lub kuchni.

Najwyższy Standard Filtracji Powietrza

Choć dym z pożarów przyciąga uwagę, nowa technologia filtracji rozwiązuje szereg innych związanych z jakością powietrza problemów w pomieszczeniach. Dotyczą one dymu z kuchni, kominków, papierosowego dymu oraz emisji z zakładów produkcyjnych i przetwórczych. Oprócz dymu, filtr SPAR okazał się również skuteczny w eliminowaniu patogenów przenoszonych przez powietrze. Niedawny test wydajności przeprowadzony przez niezależne laboratorium CREM Co Labs w Kanadzie, specjalizujące się w testach dla branży zapobiegania i kontroli infekcji (IPAC), opublikował swoją ocenę filtrów SPAR. Raport przygotowany przez dr. Bahrama Zargara, eksperta w dziedzinie wirusologii i mikrobiologii, wykazał, że filtr skutecznie usuwa 99,92% wirusów unoszących się w powietrzu oraz 99,99% bakterii unoszących się w powietrzu, jednocześnie dezaktywując 98% wirusów zatrzymanych na powierzchni filtra. Testy przeprowadzono w dużej komorze aerobiologicznej o pojemności 26 metrów sześciennych. W równoległym teście przeprowadzonym podczas pożaru w Kanadzie firma CREM Co przetestowała trwałość filtra w dużym obszarze doków załadunkowych. „Filtr pozostał nienaruszony podczas ciągłej pracy (24 godziny na dobę) przez dwa miesiące” – stwierdzono w raporcie. „Podczas testów długoterminowych jakość powietrza w Toronto była jedną z najgorszych na świecie z powodu pożaru w Quebecu”.