Śnieżnobiały beton zawierający nanocząsteczki tlenku tytanu opracowany został przez firmę Italcementi z Bergamo w odpowiedzi na zapotrzebowanie ze strony amerykańskiego architekta Richarda Meier’a na bardzo biały materiał dla budowy Kościoła Jubileuszowego w Rzymie. Kościół ten poświęcony Bogu Ojcu Miłosiernemu zbudowano w roku 2003 z inicjatywy Jana Pawła II. Betonowe nawierzchnie z nanocząsteczkami tlenku tytanu wystawione na działanie światła słonecznego pozostają białe dzięki procesowi samooczyszczania się z osadzonych składników smogu. Dodatkowo, dzięki utlenianiu niepożądanych składników smogu wykazują zdolność oczyszczania powietrza.
Fot. Kościół Jubileuszowy w Rzymie, Wikipedia
Zgodnie z materiałami informacyjnymi polskiego producenta tego rodzaju betonu:
- nowa technika zwana „TX Active®”jest oparta na procesie fotolizy. To zjawisko można znacznie przyspieszyć za pomocą aktywnych fotokatalitycznie cząstek dwutlenku tytanu. TX Active® opracowano w celu zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza.
- fotokatalityczne właściwości ditlenku tytanu, są obserwowane tylko w przypadku nanokrystalicznego ditlenku tytanu w odmianie polimorficznej anatazu, gdy jest on poddany działaniu fali świetlnej o długości < 410 nm, typowej dla promieniowania słonecznego UV,
-nanokrystaliczny dwutlenek tytanu TiO2 jest nieszkodliwym i nietoksycznym związkiem dla człowieka i środowiska. TiO2 jest powszechnie stosowany do produkcji kosmetyków, barwników, farb.”
Nic więc dziwnego że tak reklamowany produkt wzbudził zainteresowanie osób zaangażowanych w walkę ze smogiem. Już w 2012 roku pojawiło się doniesienie (https://www.swiatbetonu.pl/technologie/cement-do-walki-ze-smogiem/), że w Nowej Soli podczas budowy chodnika oraz ścieżki rowerowej na ul. Witosa zastosowano fotokatalityczne kostki betonowe. .
W kolejnych latach pojawiło się szereg doniesień o nowym proekologicznym produkcie mającym zwalczać smog. W roku 2018 na stronie https://www.materialybudowlane.info.pl/images/2018/MB-11/s091.pdf ukazał się artykuł Kingi Wiśniewskiej - Beton z cementem TioCem oczyszcza powietrze w Warszawie. . Poinformowano tam o zastosowaniu antysmogowego betonu przy budowie biurowca Generation Park przy Rondzie Daszyńskiego w Warszawie i zaangażowaniu do prac badawczo rozwojowych Instytutu Geofizyki PAN; Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej oraz Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego. Jak podano w relacji z tejże konferencji Skanska postanowiła wykonać plac o powierzchni boiska piłkarskiego, z nawierzchnią wykonaną z betonu na bazie cementu TioCem i umieścić tam stałą stacje pomiarową.
Szeroka opinia publiczna miała okazję zapoznać się z tą problematyką dzięki artykułowi „Sposób na smog: beton oczyszczający powietrze” Ady Chojnowskiej opublikowanemu 10 listopada 2018 na łamach Gazety Wyborczej, która podała, że oczyszczający powietrze betonowy chodnik powstał przy projekcie biurowym Generation Park w Warszawie, przy rondzie Daszyńskiego. Autorka powołuje się na wyniki badań prowadzonych m.in. przez firmę Skanska, Instytut Geofizyki PAN, Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, które wykazały, że: w okolicy chodnika stwierdzono stężenie dwutlenku azotu mniejsze o 30 procent. od obserwowanych na innych odcinkach nawierzchni, a w warunkach laboratoryjnych osiągnięto 70 procentową redukcję zanieczyszczeń.
Pół roku później, 15 maja 2019, na portalu https://www.energetyka24.com/ekologiczny-cement-pomoze-w-walce-ze-smogiem ukazał się artykuł w którym podano kolejne przykłady wykorzystania antysmogowych własności betonu z domieszka tlenku tytanu w województwie podkarpackim i w Krakowie na elewacji budynku. Wspomniano też o planach budowy antysmogowych chodników mających się pojawić w stolicy (fragmenty al. Lotników, al. Wojska Polskiego, al. Solidarności, ul. Zawodzie oraz ciągu ulic Czecha i Sejmikowa). Zgodnie z informacjami podanymi w tym artykule z powołaniem się na analityków Grand View Research do 2025 r. globalny rynek rozwiązań opartych na ditlenku tytanu ma osiągnąć wartość ponad 28 mld dol.
Ditlenek tytanu występuje w przyrodzie jako trzy minerały: rutyl, anataz i brukit, różniące się układem krystalograficznym. Jest on trwały, odporny na wysokie temperatury i nierozpuszczalny w wodzie, dlatego też był uważany za nieprzyswajalny i obojętny dla organizmu. Dla celów przemysłowych pozyskiwany jest metodą chemicznej przeróbki żużli zawierających tytan.
Ditlenek tytanu był dotychczas powszechnie stosowany jako biały barwnik, dodatek (E171) do żywności, gum do żucia, past do zębów, tabletek oraz farb. Nowym obszarem zastosowań są wspomniane na wstępie tzw. antysmogowe betony. To nowe zastosowanie ditlenku tytanu wynika z jego katalityczno-oksydacyjnych właściwości. Właściwości te są szczególnie silne w przypadku nanocząsteczek (1 -100 nm) tego związku, naświetlanych promieniowaniem nadfioletowym.
Niestety aktualne wyniki badań wskazują, że nanocząsteczki tlenku tytanu działają niekorzystnie na organizm, ponieważ mają zdolność migracji w organizmie i przenikania do wnętrza komórek. Ich katalityczno-utleniające działanie wewnątrz komórki wywołuje tzw. stres oksydacyjny i odpowiedź układu immunologicznego.
Szereg badaczy od lat zwracało uwagę na potencjalną szkodliwość nanocząsteczek tego związku. Polskojęzyczny przegląd tematyki zagrożeń związanych ze stosowaniem nanocząsteczkowego ditlenku tytanu opublikowali Anna Maria Świdwińska-Gajewska i Sławomir Czerczak już w roku 2014 na łamach 65 numeru Medycyny Pracy, w artykule „Nanocząstki ditlenku tytanu – działanie biologiczne”. Na podstawie bogatego przeglądu literatury opisano tam nie tylko toksokinetykę (czyli migrację nanocząsteczek TiO2 w organizmie), ale także działanie drażniące i uczulające tych nanocząsteczek na organizm zwierząt doświadczalnych oraz odległe efekty toksyczne, takie jak mutagenność, rakotwórczość i wpływ na rozrodczość.
W przypadku toksokinetyki podkreślono, że nanocząsteczkowy TiO2 wchłaniany jest przede wszystkim drogą oddechową, a jego cząstki w płucach trafiają głownie do makrofagów pęcherzykowych i w ograniczonym zakresie do pneumocytów typu I. Z przeprowadzonego przez Autorów przeglądu literatury wynika, że już po godzinnej inhalacji u szczurów laboratoryjnych nanocząsteczki TiO2 znalazły się w płucach – w świetle pęcherzyków, w nabłonku, tkance łącznej i w naczyniach włosowatych. Obecność nanocząsteczek TiO2 w organizmie powodowała stres oksydacyjny i odpowiedź zapalną z podwyższonym poziomem interleukin (IL-1b) i czynnika martwicy nowotworów (TNF-a).
Pierwsza jaskółka zwiastująca poważne kłopoty dla producentów TiO2 pojawiła się wiosną 5 marca 2019 roku, gdy GAIN Report Number:FR1917 przygotowany przez pracowników Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych podał informację o planowanym wprowadzeniu we Francji od 1 stycznia2020 zakazu sprzedaży produktów żywnościowych zawierających tlenek tytanu (TiO2).
W czerwcu 2019 roku dietetyk Agnieszka Szmurło poinformowała polskich słuchaczy i czytelników na stronie internetowej radia Zet (https://zdrowie.radiozet.pl/W-zdrowym-ciele/Zdrowe-zywienie/Produkty/E171-dwutlenek-tytanu-rakotworczy-dodatek-do-zywnosci) o francuskiej decyzji ograniczającej stosowanie TiO2 jako dodatku do żywności. Omówiła, powołując się na szereg publikowanych prac, wpływ TiO2 na nowotwory i stany zapalne jelit, ich mikroflorę bakteryjną oraz jelitową i układową odpowiedź immunologiczną. Stwierdziła, że: „ w śledzionie, która pokazuje odporność całego organizmu, ekspozycja na E171 zwiększa zdolność komórek odpornościowych do wytwarzania prozapalnych związków, zwanych cytokinami. Pokazuje to, że zjadając produkty zawierające dwutlenek tytanu, możesz doprowadzić do mikro-uszkodzeń jelita”.
Kolejnym, znacznie poważniejszym, ciosem w obrót tą substancją stało się opublikowane 18 lutego 2020 Rozporządzenia Delegowanego Komisji (UE) 2020/217 z dnia 4 października 2019 r. (https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:32020R0217&from=EN ), gdzie stwierdza się, że Komitet ds. Oceny Ryzyka Europejskiej Agencji Chemikaliów zaproponował sklasyfikowanie tej substancji jako substancji rakotwórczej kategorii 2 działającej przez drogi oddechowe i że w trakcie stosowania mieszanin zawierających ditlenek tytanu możliwe jest powstawanie niebezpiecznego pyłu lub kropelek. Z tego powodu należy poinformować użytkowników o środkach ostrożności, które należy podjąć w celu zminimalizowania zagrożenia dla zdrowia człowieka.
W istniejącej sytuacji wskazane byłoby przestudiowanie skali uwalniania do atmosfery nanocząsteczek TiO2 w wyniku produkcji betonów antysmogowych i ścierania wykonanych z nich nawierzchni. W takim przypadku droga nanocząsteczek TiO2 do płuc może być szczególnie krótka.
Wyniki dalszych badań powinny rozstrzygnąć na ile uzasadnione jest stosowanie antysmogowych betonów i czy istnieje ryzyko, że ten skądinąd bardzo atrakcyjny produkt podzieli los azbestocementów, niegdyś powszechnie stosowanych do pokryć dachowych, a obecnie usuwanych z zastosowaniem szczególnych i kosztownych środków ostrożności.
Prof. dr hab. Andrzej T. Solecki
Kierownik Zakładu Gospodarki Surowcami Mineralnymi
Instytut Nauk Geologicznych
Uniwersytet Wrocławski
