THΣ ΣΤΕΛΛΑΣ ΜΙΧΑΗΛ*
Το 2013 τα Ηνωμένα Έθνη υιoθέτησαν πρόταση της UNESCO και κήρυξαν το 2015 ως το «Διεθνές έτος Φωτός και Τεχνολογιών που βασίζονται στο Φως» ως μια παγκόσμια πρωτοβουλία για ενημέρωση του Κόσμου στο πώς οι τεχνολογίες αυτές προωθούν την αειφόρο ανάπτυξη και δίνουν λύσεις στις προκλήσεις σε θέματα ενέργειας, γεωργίας, εκπαίδευσης, επικοινωνιών και υγείας (www.light2015.org).
Η έναρξη των εορταστικών εκδηλώσεων πραγματοποιήθηκε στην έδρα της UNESCO στο Παρίσι, στις 19 Ιανουαρίου 2015, στην παρουσία επιφανών επιστημόνων, ανάμεσά τους και αρκετοί νομπελίστες, που εργάζονται σε όλα τα πεδία, τόσο θεωρητικά όσο και πρακτικά, για την ανάπτυξη τεχνολογιών με τη χρήση φωτός.
Το φως βρίσκεται παντού. Όπως χαρακτηριστικά αναφέρει ο καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης, Δρ. Γ. Γραμματικάκης στο βιβλίο του, Η Αυτοβιογραφία του Φωτός [1]: «Το φως πληροί όλο το σύμπαν. Φως υπάρχει στα πιο μακρινά σημεία του διαστήματος, στη βαθειά σιωπή της νύχτας, στα πρόσωπα και στα τοπία του κόσμου μας. Εν τούτοις, η παρουσία του γίνεται μόνο έμμεσα αισθητή. Δεν βλέπουμε το ίδιο το φως. Μέσω του φωτός βλέπουμε τα αντικείμενα, τα χρώματα ή την κίνησή τους, όπως τα συνθέτει ο εγκέφαλος. Λες και η φύση να θέλει να μας προφυλάξει: Αν το ίδιο το φως γινόταν αντιληπτό, έτσι καθώς φθάνει κάθε στιγμή και από όλες τις κατευθύνσεις, θα υπερφόρτωνε τις λειτουργίες του εγκεφάλου».
Δεν θα είναι δε υπερβολή να πει κανείς ότι σχεδόν όλες οι μορφές ενέργειας που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο, προέρχονται από το φως κατά άμεσο ή έμμεσο τρόπο και πιο συγκεκριμένα από το ηλιακό φως. Το φως είναι ενέργεια (E=h∙ν) και ως τέτοια δεν θα μπορούσε παρά να τύχει αξιοποίησης από τον άνθρωπο με την ανάπτυξη πολυάριθμων τεχνολογιών πολλές από τις οποίες χρησιμοποιούνται στην καθημερινή μας ζωή. Ανάμεσα στις τεχνολογίες που χρησιμοποιούν το φως σημαντική θέση έχουν τα τελευταία χρόνια οι φωτολυτικές και οι φωτοκαταλυτικές τεχνολογίες που στοχεύουν στη διάσπαση οργανικών χημικών ενώσεων είτε απευθείας με τη χρήση φωτός κατάλληλης συχνότητας (φωτολυτικές) είτε παρουσία κάποιου καταλύτη όπως ιόντα διαφόρων μετάλλων (φωτοκαταλυτικές). Οι τεχνολογίες αυτές είναι πολύ προχωρημένες στο πεδίο της επεξεργασίας του νερού και των υγρών αποβλήτων ιδιαίτερα για την απομάκρυνση των ρύπων αναδυόμενου ενδιαφέροντος, οι οποίοι ανθίστανται στην «παραδοσιακή» βιολογική επεξεργασία (π.χ. φαρμακευτικές ουσίες, ουσίες από τα παρακευάσματα προσωπικής φροντίδας κ.ά.).
Οι συµβατικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων περιλαμβάνουν βιολογικές, φυσικές και χημικές διεργασίες. Οι βιολογικές διεργασίες είναι αργές, απαιτούν µεγάλους χρόνους παραµονής, ενώ αδυνατούν να επεξεργαστούν απόβλητα που περιέχουν τοξικές ή µη βιοαποικοδοµήσιµες ουσίες. Οι φυσικές διεργασίες απαιτούν μια προεπεξεργασία για την απομάκρυνση του ρύπου, ενώ στις περισσότερες των περιπτώσεων µεταφέρουν το πρόβληµα από τη µία φάση στην άλλη (υγρό σε στερεό ή αέριο κλπ.). Τέλος, οι χημικές διεργασίες κρίνονται οικονομικά ασύμφορες λόγω των μεγάλων ποσοτήτων αντιδραστηρίων που απαιτούν.
Η επίλυση των παραπάνω µειονεκτηµάτων των συµβατικών µεθόδων επεξεργασίας µπορεί να επιτευχθεί µέσω της εφαρμογής φωτοκαταλυτικών και φωτολυτικών μεθόδων οξείδωσης των οργανικών ουσιών, οι οποίες γενικά αναφέρονται ως «Προηγμένες Διεργασίες Οξείδωσης» (Advanced Oxidation Processes «AOP»). Με τον όρο αυτό εννοούνται εκείνες οι τεχνολογίες η αποτελεσματικότητα των οποίων στηρίζεται στην παραγωγή ριζών υδροξυλίου (HO•). Το οξυγόνο στο μόριο της ρίζας υδροξυλίου έχει έλλειμα ενός ηλεκτρονίου από τη σταθερή του κατάσταση πράγμα το οποίο το καθιστά πολύ επιθετικό. Οι ρίζες υδροξυλίου είναι ισχυρά οξειδωτικά μέσα (μόνο το φθόριο έχει πιο μεγάλη οξειδωτική ικανότητα από αυτές), τα οποία διασπούν πλήθος οργανικών ενώσεων μέσω διαφόρων μηχανισμών με τελική κατάληξη σε πολλές περιπτώσεις το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), νερό (H2O) και ανόργανα άλατα.
Ο ρόλος του φωτός στις μεθόδους αυτές είναι πολύ σημαντικός· στην ετερογενή φωτοκαταλυτική οξείδωση είναι απαραίτητο για τη ενεργοποίηση των καταλυτών και στην ομογενή φωτοκατάλυση αυξάνει την αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα της αντίδρασης επιτυγχάνοντας ανακύκλωση του καταλύτη (δισθενές σίδηρος, Fe2+).
Οι κύριες φωτοχημικές τεχνολογίες που μελετούνται και αναπτύσσονται στο Ερευνητικό Κέντρο Νερού «Νηρέας», του Πανεπιστημίου Κύπρου, με στόχο να καταστούν βιώσιμες και οικονομικά συμφέρουσες, είναι οι ακόλουθες:
Μερικά από τα τρέχοντα ερευνητικά έργα στα οποία συμμετέχει ο ΝΗΡΕΑΣ και έχουν άμεση σχέση με τη μελέτη και ανάπτυξη φωτοχημικών τεχνολογιών είναι τα ακόλουθα:
Βιβλιογραφία
* Υποψήφια Διδάκτορας, Διεθνές Ερευνητικό Κέντρο Νερού Νηρέας, Πανεπιστήμιο Κύπρου
