ד"ר דב רייכמן
מנהל החדשנות וכימאי ראשי
נס הרים פתרונות חכמים בע"מ
אפריל 2020
מחקר רב ותקציבי ענק מושקעים בשיפור איכות האוויר, המים והקרקע, ניטרול מזהמים ובהם תרכובות גזיות המחוללות ריחות קשים ומהוות אתגר סביבתי גדול במיוחד.
החומרים המזהמים והנדיפים הינם תוצרי פירוק של תהליכים כימיים וביולוגיים בתעשייה ובחקלאות וכן פסולת עירונית וסביבתית, מקורות מים, עובש ופטריות.
בין החומרים הנדיפים הגורמים לריחות קשים ישנן חומצות שומן קצרות, אמינים, אלדהידים וסולפידים ועוד מגוון נגזרות כימיות אורגניות ואי אורגניות.
מאמץ רב נעשה לאיתור מולקולות בעלות מבנה המכיל חלל פנימי בו ניתן לקשור כימית את המולקולה הנדיפה מחוללת הריח. לכך נדרשת התאמה מבנית בין החומר הלוכד לבין החומר אותו נדרש לסלק מהאוויר ופיתוח מנגנון לקישור בין השניים.
דוגמא טובה לחומר שהוכח כיעיל לניטרול ריחות קשים הוא הציקלודקסטרין, רב סוכר בעל מבנה מולקולרי מעגלי. לחלל הפנימי של המולקולה מעין צורת משפך היכולה לקשור בתוכה חומרים מחוללי ריחות קשים בעלי התאמה מבנית לציקלודקסטרין. החומר הנדיף מאבד את נדיפותו לאחר שנקשר למולקולת הציקלודקסטרין הגדולה ובכך מנוטרל מקור הריח.
טכנולוגיות אחרות המשמשות לסילוק מפגעי הריחות הקשים מבוססות על מסננים המכילים פחם פעיל הלוכדים את מחוללי הריח וכן שימוש בחומרים הסופחים את המולקולות הבעייתיות בעזרת מינרלים בעלי שטח פנים גדול מאד הנקראים זאולוטים והמכילים נקבוביות זעירות בגדלים שונים בהן נלכדות המולקולות הנדיפות.
לעיתים, ניתן ליצור תגובה כימית עם החומר הנדיף ובכך לשנות את נדיפותו ולצמצם או להעלים לחלוטין את מיטרד הריח. דוגמא מוכרת היא ריח הדגים הנשאר על הידיים בתום הארוחה ונובע מחומרים נדיפים בדגים הנקראים אמינים. שימוש בטיפות של לימון יוצר תגובה כימית בין חומצת הלימון לבין האמין ליצירת מלחים שאינם נדיפים ועל כן מנטרלים את מקור הריח.
באופן דומה, מזון מקולקל מחולל ריחות קשים שמקורם במולקולות של חומצות אורגניות. שימוש באבקת אפיה (סודיום ביקרבונט) יוצר תגובה כימית עם החומצות האורגניות ונוצרים מלחים שאינם נדיפים.
פירוק החומר הנדיף מחולל מיטרד הריח יכול להיעשות גם בעזרת שימוש בחומרים מחמצנים כגון אוזון ובכך לנטרל את השפעתו. כמו כן, אנזימים שונים משמשים לפירוק חומרים נדיפים שמקורם בבקטריות. שימוש בחומרים מחמצנים ואנזימים לפירוק מזהמים נדיפים מחוללי ריחות קשים, דורש עבודת התאמה מדויקת למבנה הכימי של המזהמים, לרמת הנדיפות שלהם ולתנאי הסביבה הייחודיים ובהם טמפרטורה, לחות ונתוני זרימת האוויר.
האיחוד האירופי הגדיר את ניטרול המזהמים הנדיפים כיעד מועדף לאור הסיכון שבמזהמים הנישאים באוויר בהשוואה לזיהומי קרקע ומים. מזהמים נדיפים במרחבים פנימיים של מבנים מהווים אתגר גדול במיוחד מאחר והם מכילים זיהומים הן מסביבתו החיצונית של המבנה והן מהחלל הפנימי. בין החומרים הנדיפים, תרכובות רעילות אורגניות ואי-אורגניות, אבק, בקטריות ונבגי עובש.
לצורך כך הקצה האיחוד האירופי תקציבי מחקר לפיתוח טכנולוגיות חדשניות המבוססות על ננו חומרים היכולים לשמש כמחמצנים פוטוקטליטיים לטיהור מזהמים באוויר ולסילוק הריחות הקשים הנובעים מהם.
התחום הזה מהווה את אחת מחזיתות המחקר לשימוש בננוטכנולוגיה להתמודדות עם אתגרי איכות הסביבה. כיברת דרך מחקרית נדרשת עדיין להבנת המנגנונים הכימיים כדי שניתן יהיה לייעל את התהליך ולהשיג את היעדים הנדרשים לפירוק הזיהומים הנדיפים ולניטרול משמעותי של הריחות הקשים המהווים מטרד בריאותי וסביבתי מן המעלה הראשונה.
מחמצנים פוטוקטליטיים מפרקים את המזהמים כשהם נחשפים לאור ואחד החומרים המובילים במרבית המחקרים בתחום הוא טיטניום דיאוקסיד. מחקרים רבים עוסקים בהתאמת רגישות הטיטניום דיאוקסיד לאור כדי להגדיל במידה ניכרת את יעילות כמחמצן לפירוק יעיל וכלכלי של המזהמים ולניטרול הריחות הקשים.
מקורות:
Technologies for deodorization of malodorous gases
Environmental Science and Pollution Research volume 26, pages 9409–9434 (2019)
Odour Removal
McGill University, Office for Science and Society
Joe Schwarcz PhD, 20 Mar 2017
Take a Whiff of Chemistry
Andrea d’Aquino, Jun 9, 2015
Helix Magazine, Northwestern University research center for science outreach and public engagement.
Odor in Relation to Different Polymers
George Wypych, in Handbook of Odors in Plastic Materials (Second Edition), 2017
Development of nano-Photocatalytic Materials for Indoor Air Purification and Odour Elimination
European Comission, CORDIS, EU research results, June 2017
Titanium oxide based photocatalytic materials development and their role of in the air pollutants degradation: Overview and forecast
Environment International, Volume 125, April 2019, Pages 200-228