Naši zákazníci se nás občas ptají, zda existují vědecky podložené studie o účinnosti binchotanového uhlí jakožto filtru vody. Stručná odpověď zní ano, a není jich málo.
Delší odpovědí je tento článek. Pokusíme se v něm shromáždit a srozumitelně podat ty nejdůležitější vědecké argumenty vysvětlující, co přesně aktivní uhlí binchotan vlastně je a jak funguje při filtrování vody. Rovněž uvádíme zajímavé vědecké studie potvrzující, že binchotan je aktivním uhlím té nejvyšší kvality.
Z článku Binchotan a věda se dozvíte:
- Jak vzniká aktivní uhlí a co vlastně znamená, když se řekne, že uhlí je „aktivní“.
- Jakým způsobem aktivní uhlí binchotan filtruje vodu.
- Proč je binchotan aktivním uhlím nejvyšší kvality.
- Co říkají vědecké studie a výzkumy o binchotanu jako filtru vody.
- Seznam vědeckých studií účinků binchotanu jakožto filtru vody.
Předmětem zkoumání vědců jsou dva základní typy binchotanového uhlí. Prvním je tradiční japonský binchotan z dubu Ubamegashi, proslavený Kishu binchotan. Tato odrůda dubu roste jenom v zalesněných kopcích jižního Japonska v prefektuře Wakayama. Jeho dřevo je velice tvrdé a má velikou hustotu. Druhým typem binchotanu je vietnamský binchotan z eukalyptového stromu. V důsledku rostoucí globální poptávky po binchotanu se v současné době zejména z ekologických důvodů (aby nedošlo k nadměrné těžbě japonského dubu, který běžně neroste v jiných zemích Asie) využívá také obdobně kvalitní dřevo eukalyptu, které je o něco měkčí, hladší a lehčí. 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.
Tradiční japonský binchotan z dubu Ubamegashi, proslavený Kishu binchotan či Bílý binchotan.
Dub Ubamegashi, který roste jenom v kopcích prefektury Wakayama (dřivě Kishu’. Z něho se vyrábí slavný japonský “superbinchotan” zvaný i bílé uhlí (angl. white charcoal) a Kishu binchotan.
1. 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.
Zde 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. Je totiž nutné vyměňovat jejich plastovou filtrační část. Tedy sice zlepšují moje zdraví, ale zhoršují zdraví planety. A jelikož považuji 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 či kokosových skořápek (v minulosti se aktivní uhlí vyrábělo i z kostí zvířat).
Wikipedie popisuje absorpční, resp. přesněji řečeno adsorpční, 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 (včetně binchotanu) 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 v jiném článku 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.
Aktivní uhlí binchotan vzniká během řemeslně náročné výrobní procedury cizelované po staletí. Takto vypadá pec v horách prefektury Wakayama, kde řemeslníci binchotan poctivě ručně vyrábějí tradiční metodou.
4. Vědecké zkoumání povrchu binchotanu pod mikroskopem
Tým vědců z elektrotechnické fakulty Tung-Hai Univerzity v Taiwanu zkoumal pod elektronovým mikroskopem tradiční japonské binchotanové uhlí z dubu Ubamegashi a odhalil (2010) povrchovou plochu o velikosti mikropórů ∼270 m2/g. Vědci dále zjistili, že maximální hustoty póru se dosahuje až ve finální výrobní fázi typické jenom pro binchotanPoznej, v čem tkví tajemství účinnosti binchotanu: v jedinečném způsobu, jakým se vyrábí – při vystavení uhlí teplotě 1000 °C, čímž vlastně vědecky potvrdili to, co japonští řemeslníci znali po staletí.
Různé vědecké studie vyvodily 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 (50 g) 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. Právě proto je důležité binchotan každé dva týdny ponořit do vroucí vody. Tímto způsobem zabezpečíme, že vnější póry zůstanou průchodné a binchotan bude spolehlivě nasávat všechny nečistoty do svých vnitřních mikropórů.
Vědecká pozorování odhalila, že „velká povrchová plocha studovaného adsorbentu [eukalyptus] umožňuje pohlcování těžkých kovů olova, kadmia a chromu s procentuálním odstraněním 82 až 100 %
Vědci dále zjistili, že schopnost adsorpce eukalyptového aktivního uhlí silně závisí na 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.“
Hlavní část adsorpce (vysvětlení pojmu najdete v článku) probíhá přes mikropóry binchotanu.
Vědci z Coloradské 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 molybden. Navíc binchotan vodu obohacuje o stopové množství minerálů, zejména o minerály draslík a mangán.
Laboratorní studii s podobnými závěry prostřednictvím laboratoria v Kapském městě realizovala i značka KURO-Bo prodávající binchotanové tyčinky pro filtraci vody v Jihoafrické republice i na platformě Amazon. Vědci potvrdili, že binchotanové uhlí začíná na kohoutkovou vodu působit okamžitě a odstraňuje z ní chlór, olovo, ortuť, hliník a železo. Na vodu má alkalizující účinek, čímž harmonizuje její pH.
Seznam vědeckých studií účinků binchotanu jakožto filtru vody:
- Hydrogen storage: a comparison of hydrogen uptake values in carbon nanotubes and modified charcoals (2010)
- Microstructural characterization of white charcoal (2014)
- Activated carbon from flash pyrolysis of eucalyptus residue (2016)
- Removal of heavy metals from aqueous solutions using Eucalyptus Camaldulensis: An alternate low cost adsorbent, 2020
- laborátorne testy japonského binchotanu (Kishu binchotan) vedcov z Kolorádskej univerzity, USA
- laboratórne testy japonského binchotanu (Kishu binchotan) z laboratória A.L. Abbott and Associates LTD v Kapskom meste, Južná Afrika (2017)
Článek bude průběžně aktualizován o další relevantní vědecké studie.
