Košík

V tomto článku se pokusíme shromáždit a srozumitelně podat vědecké argumenty, které vysvětlují, co přesně „aktivní uhlí“ je a jak funguje při filtrování vody. Rovněž uvádíme zajímavé věděcké studie potvrzující, že binchotan je aktivním uhlím té nejvyšší kvality.

Předmětem zkoumání vědců jsou  dva základní typy binchotanového uhlí – japonský binchotan z dubu Ubame a vietnamský binchotan z eukalyptového stromu. Jelikož v našem e-shopu prodáváme oba tyto druhy binchotanu, i v tomto článku najdete publikované studie zkoumající jak tradiční japonský, tak novější vietnamský binchotan.

Aktivní uhlí je hlavní účinnou složkou většiny konvenčních filtrů.

Zamýšleli jste se někdy nad tím, co vlastně tvoří hlavní filtrační složku většiny konvenčních filtrů (např. brita, reverzní osmóza apod.)? Po jisté době „googlení“ se jistě dopracujete k závěru, že uvnitř (většinou) plastového filtru se nachází tzv. aktivní filtrační uhlí. Tedy to samé uhlí, co Japonci – a o něco později i další asijské národy – znají a používají pro filtraci vody již celá staletí.

Dle Americké agentury pro ochranu životního prostředí (US EPA) je aktivní uhlí jedinou doporučenou technologií, která je schopná odstraňovat z vody chlór a jeho vedlejší produkty, pesticidy, herbicidy a dusičnany.

Tady je několik příkladů konvenčních filtrů využívajících aktivní uhlí jakožto hlavní filtrační složku:

 

Co mi od počátku na konvenčních filtrech vadilo, byl fakt, že pravidelně produkují plastový odpad. Tedy sice zlepšují moje zdraví, ale zhoršují zdraví planety. A jelikož považují své zdraví a zdraví planety za propojené, nechtěl jsem dlouhodobě filtrovat vodu tímto způsobem.

2. Aktivní uhlí – lék i filtr vody

Binchotanové uhlí funguje na stejném principu jako jedno z nejčastějších běžně prodávaných léčiv – aktivní uhlí (carbo activatus, carbo medicinalis, carbo adsorbens) dostupné v každé lékárně na volný prodej. Navzdory jeho poněkud matoucímu hovorovému označení „živočišní uhlí“ se toto léčivo vyrábí ze dřeva.

Wikipedie popisuje absorpční schopnosti aktivního uhlí následovně:

Pod rastrovacím mikroskopem je vývoj systému pórů zřetelně viditelný a je srovnatelný s porézní houbou. Velký počet nejmenších pórů v relativně malém objemu vytváří adsorbenty se značně aktivní vnitřní plochou povrchu v rozmezí 800 – 1 600 m2.g–1 (BET N2). To znamená, že kávová lžička aktivního uhlí představuje povrch s plochou rovnající se fotbalovému hřišti. Je to enormní vnitřní povrch, který dává aktivnímu uhlí jeho jedinečnou schopnost adsorbovat široký rozsah složek z kapalné a plynné fáze. Složka, která má být odstraněna, se uvede do styku s aktivním uhlím a difunduje potom do vnitřní sféry pórů. Tam jsou molekuly vázány slabými Van der Waalsovými silami. Tento postup, při kterém se molekuly ukládají z kapalné nebo plynné fáze na pevné stěně, se nazývá adsorpce

Pokud tedy farmakologické výzkumy potvrzují absorpční účinky lékárenského aktivního uhlí v našich střevech, není důvod pochybovat, že kvalitní aktivní uhlí funguje naprosto stejným způsobem i ve vodě. Princip fungování (adsorpce – viz citaci z Wikipedie výše) je totiž v obou případech naprosto stejný. Skutečnost, že se v naší kultuře (na rozdíl od zemí východní Asie) přírodní aktivní uhlí doposud pro filtraci vody moc nevyužívalo, není v tomto směru vůbec relevantní. Jinými slovy, argument „není to u nás běžné, asi to tedy nefunguje“, neobstojí.

3. Tajemství účinnosti aktivního uhlí binchotan

Vznik každého aktivního uhlí je výsledkem složitého procesu přesně řízeného zahřívání na vysoké teploty a pak ochlazování. Cílem této chemické procedury je z dřevěné hmoty postupně odstranit neuhlíkové částice (vodík, kyslík), a tím doslova na maximum „zahustit“ výslednou uhlíkovou hmotu. Výsledkem je vznik uhlí s koncentrací uhlíku až do 98 % hmoty s rozsáhlou mikro-pórovou strukturou. V závěru tohoto chemického procesu se hovorově říká, že uhlí „bylo aktivováno“.

Aktivní uhlí je druh dřevěného uhlí, které je zpracováno tak, aby bylo více porézní (pórovité). Tato porézní struktura jej odlišuje od ostatních druhů dřevěných uhlí, včetně např. typů používaných pro grilování.

Po přečtení výše uvedených informací už pravděpodobně nepochybujete, že aktivní uhlí je zcela standardním prostředkem pro filtraci vody. V tomto kontextu se nabízí další důležitý dotaz – je tedy binchotan také aktivním uhlím? Na 100% ano. Jak podrobně popisujeme na blogu, uhlí Binchotan vzniká během řemeslně náročné výrobní procedury cizelované po staletí. Výsledkem je vznik toho nejkvalitnějšího aktivního uhlí s extrémně pórovitou strukturou svého povrchu, která je schopna efektivně adsorbovat nečistoty ze svého okolí.

4. Vědecké zkoumání povrchu binchotanu pod mikroskopem

Tým vědců z elektrotechnické fakulty univerzity Tung-Hai Univerzity v Taiwanu zkoumal pod elektronovým mikroskopem tradiční japonské binchotanové uhlí z dubu Ubame a odhalil (2010) povrchovou plochu mikro-pórů ∼270 m2/g. Vědci dále zjistili, že maximální hustoty póru se dosahuje až ve finální výrobní fázi – při vystavení uhlí teplotě 1000 °C, čímž vlastně vědecky potvrdili to, co japonští řemeslníci znali po staletí.

Různé vědecké studie vyvodili závěry i přímo ve vztahu k použití binchotanu pro filtraci vody a uvádějí, že „bílé uhlí je účinnou přísadou ke zlepšení kvality vody díky svým adsorpčním ale i vyluhovacím vlastnostem“.

Mikroskopickým zkoumáním povrchu aktivního filtračního uhlí vyrobeného z větví eukalyptového stromu došli vědci z Technické univerzity v Madridu (r. 2016) k zjištění, že jeho mikropóry mají poloměry menší než 2 nm (dvě miliardtiny metru) a tvoří obvykle až  95% celkové povrchové plochy tohoto aktivního uhlí (1000–1500 m2/g). Tedy jedna průměrná binchotanová tyčinka (50g) disponuje absorbční plochou deseti fotbalových hřišť.  Ve stejné studii se dále uvádí, že ačkoli hlavní část adsorpce (vysvětlení pojmu najdete v článku) probíhá přes tyto mikropóry, mezopóry a makropóry jsou také důležité díky tomu, že umožňují zachytávaným nečistotám rychle procházet do menších pórů umístěných více uvnitř, které je pak navážou.

Tým vědců z Univerzity v Mekelle (Etiopie) zkoumal povrch aktivního uhlí z eukalyptového dřeva, které místní komunity tradičně využívali jako levný zdroj pro vytápění. Vědecká pozorování metodou tzv.  skenovací elektronové mikroskopie (SEM) odhalila, že „velká povrchová plocha studovaného adsorbentu [eukalyptus] umožňuje pohlcování těžkých kovů olova, kadmia a chromu s procentuálním odstraněním 82 až 100%. Snímky uhlí pod elektronovým mikroskopem rovněž podporují potenciál studovaného aktivního uhlí k odstranění toxických těžkých kovů.“

zdroj: studie Removal of heavy metals from aqueous solutions using Eucalyptus Camaldulensis: An alternate low cost adsorbent, 2020

Vědci dále zjistili, že schopnost adsorpce eukalyptového aktivního uhlí silně závisí od velikosti a počátečním množství znečistěných částic, pH vody či době kontaktu uhlí s vodou. Na první pohled paradoxně působí zjištění, že úspěšnost odstraňování těžkých kovů rychle rostla se zvyšováním množství těchto kovů ve vodě. Zároveň bylo zjištěno, že čím menší je velikost částic těžkých kovů, tím vyšší mělo uhlí adsorpční schopnosti. Optimální doba kontaktu pro účinnost aktivního uhlí byla stanovena na 120 minut.  Vědci uzavírají studii tvrzením, že eukalyptus „je tedy levný materiál s vysokou adsorpční schopností, a proto by bylo vhodné jej používat v průmyslových čistírnách odpadních vod.“

Vědci z Koloradské státní univerzity zkoumali změny chemického složení vody po aplikaci aktivního uhlí – japonského binchotanu. Bylo zjištěno, že binchotan je již po hodině ve vodě účinný při snižování množství následujících látek: olovo, rtuť, měď, hliník, uran a molybdén. Navíc binchotan vodu obohacuje zejména o tři minerály: vápník, hořčík a draslík.

Článek bude průběžně aktualizován o další relevantní vědecké studie.

Milan Suchý

Milan Suchý

Nápad přinést k nám filtrační uhlí té nejvyšší kvality přímo z Japonska jsem dostal po návratu z několikaměsíční cesty napříč Jihovýchodní Asií. V Asii jsme si s manželkou naplno uvědomili, že pitná a chutná voda, jejíž pití nevytváří odpad, není samozřejmostí (i když nám to doma často tak připadá).

Přidat komentář