Naši zákazníci sa nás občas pýtajú, či existujú vedecky podložené štúdie o účinnosti binchotanového uhlia ako filtra vody.
Stručná odpoveď znie áno, a nie je ich málo.
Dlhšou odpoveďou je tento článok. Pokúsime sa v ňom zhromaždiť a zrozumiteľne podať tie najdôležitejšie vedecké argumenty vysvetľujúce, čo presne aktívne uhlie binchotan vlastne je, a ako funguje pri filtrovaní vody. Takisto uvádzame zaujímavé vedecké štúdie potvrdzujúce, že binchotan je aktívnym uhlím tej najvyššej kvality.
Z článku sa dozviete:
- Ako vzniká aktívne uhlie a čo vlastne znamená, keď sa povie, že uhlie je “aktívne”.
- Akým spôsobom aktívne uhlie binchotan filtruje vodu.
- Prečo je binchotan aktívnym uhlím najvyššej kvality.
- Čo hovoria vedecké štúdie a výzkumy o binchotane ako filtri vody.
- Zoznam relevantných vedeckých štúdií o binchotane.
Predmetom skúmania vedcov sú dve základné typy binchotanového uhlia. Prvým je tradičný japonský binchotan z dubu Ubamegashi. Táto odroda duba rastie iba v zalesnených kopcoch južného Japonska v prefektúre Wakayama (kedysi Kishu). Jeho drevo je veľmi tvrdé a má veľkú hustotu. Druhým typom binchotanu je vietnamský binchotan z eukalyptového stromu. V dôsledku rastúceho globálneho dopytu po binchotane sa v súčasnosti najmä z ekologických dôvodov (aby nedošlo k nadmernej ťažbe japonského dubu, ktorý bežne nerastie v iných krajinách Ázie) využíva tiež obdobne kvalitné drevo eukalyptu, ktoré je o niečo mäkšie, hladšie a oveľa ľahšie. Keďže v našom e-shope predávame oba tieto druhy binchotanu, aj v tomto článku nájdete publikované štúdie skúmajúce tak tradičný japonský, ako aj novší vietnamský binchotan.
Takto vyzerá špeciálny japonský dub Ubamegashi, z ktorého sa vyrába tradičný japonský “superbinchotan” zvaný Kishu binchotan. Táto odroda duba rastie iba v zalesnených kopcoch južného Japonska v provincii Wakayama (predtým zvanej Kishu).
1. Aktívne uhlie je hlavnou účinnou zložkou väčšiny konvenčných filtrov vody
Zamýšľali ste sa niekedy nad tým, čo vlastne tvorí hlavnú filtračnú zložku väčšiny konvenčných filtrov (napr. Brita, reverzná osmóza a pod.)? Po chvíli “googlenia” sa určite dopracujete k záveru, že vo vnútri (väčšinou) plastového filtra sa nachádza tzv. aktívne filtračné uhlie (anglicky “active carbon” či “active charcoal”). Teda to isté uhlie, ktoré Japonci – a o niečo neskôr aj ďalšie ázijské národy – poznajú a používajú na filtráciu vody už celé stáročia…
Podľa Americkej agentúry pre ochranu životného prostredia (US EPA) je aktívne uhlie jedinou odporúčanou technológiou, ktorá je schopná odstraňovať z vody chlór a jeho vedľajšie produkty, pesticídy, herbicídy a dusičnany. Tu je niekoľko príkladov konvenčných filtrov využívajúcich aktívne uhlie ako hlavný filtračný zložku:
Čo mi od začiatku na týchto “konvenčných filtroch vody” vadilo, bol fakt, že pravidelne produkujú plastový odpad. Je totiž nutné vymieňať ich plastovú filtračnú časť. Teda síce zlepšujú moje zdravie, ale zhoršujú zdravie planéty. A keďže považujem svoje zdravie a zdravie planéty za prepojené, nechcel som dlhodobo filtrovať vodu týmto spôsobom.
2. Aktívne uhlie – liek i filter vody
Binchotanové uhlie vlastne funguje na rovnakom princípe ako jedno z najčastejších bežne predávaných liečiv – aktívne uhlie (carbo activatus, carbo medicinalis, carbo adsorbens) dostupné v každej lekárni na voľný predaj. Napriek jeho trochu mätúcemu hovorovému označeniu “živočíšne uhlie” sa toto liečivo vyrába z dreva či kokosových škrupiniek (v minulosti sa vyrábalo aj z kostí zvierat, odtiaľ pomenovanie “živočíšne uhlie”). Wikipédia opisuje absorpčné, resp. presnejšie povedané adsorpčné schopnosti aktívneho uhlia nasledovne:
Pod rastrovým mikroskopom je vývoj systému pórov zreteľne viditeľný a je porovnateľný s poréznou hubou. Veľký počet najmenších pórov v relatívne malom objeme vytvára adsorbenty so značne aktívnou vnútornou plochou povrchu v rozmedzí 800-1 600 m2/g-1 (BET N2). To znamená, že kávová lyžička aktívneho uhlia predstavuje povrch s plochou rovnajúcou sa futbalovému ihrisku. Je to enormný vnútorný povrch, ktorý dáva aktívnemu uhlia jeho jedinečnú schopnosť absorbovať široký rozsah zložiek z kvapalnej a plynnej fázy. Zložka, ktorá má byť odstránená, sa uvedie do styku s aktívnym uhlím a difunduje potom do vnútornej sféry pórov. Tam sú molekuly viazané slabými Van der Waalsovými silami. Tento postup, pri ktorom sa molekuly ukladajú z kvapalnej alebo plynnej fázy na pevnej stene, sa nazýva adsorpcia.
Ak teda farmakologické výskumy potvrdzujú adsorpčné účinky lekárenského aktívneho uhlia v našich črevách, nie je dôvod pochybovať, že kvalitné aktívne uhlie funguje úplne rovnakým spôsobom aj vo vode. Princíp fungovania (adsorpcia – pozri citáciu z Wikipédie vyššie) je totiž v oboch prípadoch úplne rovnaký.
Skutočnosť, že sa v našej kultúre (na rozdiel od krajín východnej Ázie) prírodné aktívne uhlie doposiaľ pre filtráciu vody nevyužívalo, nie je v tomto smere vôbec relevantná. Inými slovami, argument “nie je to u nás bežné, asi to teda nefunguje”, neobstojí.
3. Tajomstvo účinnosti aktívneho uhlia binchotan
Vznik každého aktívneho uhlia (vrátane binchotanu) je výsledkom zložitého procesu presne riadeného zahrievania na vysoké teploty a potom ochladzovania. Cieľom tejto chemickej procedúry je z drevenej hmoty postupne odstrániť neuhlíkové častice (vodík, kyslík) a tým doslova na maximum “zahustiť” výslednú uhlíkovú hmotu. Výsledkom je vznik uhlia s koncentráciou uhlíka až do 98% hmoty s rozsiahlou mikro-porov štruktúrou.
V závere tohto chemického procesu sa hovorovo hovorí, že uhlie “bolo aktivované”. Aktívne uhlie je druh dreveného uhlia, ktoré je spracované tak, aby bolo viac porézne (pórovité). Táto porézna štruktúra ho odlišuje od ostatných druhov drevených uhlí, vrátane napr. typov používaných na grilovanie.
Po prečítaní vyššie uvedených informácií už pravdepodobne nepochybujete, že aktívne uhlie je úplne štandardným prostriedkom na filtráciu vody. V tomto kontexte sa ponúka ďalší dôležitý dotaz – je teda binchotan tiež aktívnym uhlím? Na 100% je.
Ako podrobne popisujeme v inom článku na blogu, uhlie binchotan vzniká počas remeselne náročnej výrobnej procedúry precizovanej po stáročia. Výsledkom je vznik toho najkvalitnejšieho aktívneho uhlia s extrémne pórovitou štruktúrou svojho povrchu, ktorá je schopná efektívne adsorbovať nečistoty zo svojho okolia.
Uhlie binchotan vzniká počas remeselne náročnej výrobnej procedúry precizovanej po stáročia – toto je fotka pece v prefektúre Wakayama, kde vzniká binchotan, ktorý predávame.
4. Vedecké skúmanie povrchu binchotanu pod mikroskopom
Tím vedcov z elektrotechnickej fakulty Tung-Hai Univerzity v Taiwane skúmal pod elektrónovým mikroskopom tradičné japonské binchotanové uhlie z duba Ubamegashi a odhalil (2010) povrchovú plochu o veľkosti mikropórov ~270 m2 / g. Vedci ďalej zistili, že maximálna hustota póru sa dosahuje až vo finálnej výrobnej fáze typickej len pre binchotan – pri vystavení uhlia teplote 1000 ° C, čím vlastne vedecky potvrdili to, čo japonskí remeselníci poznali po stáročia.
Rôzne vedecké štúdie vyvodili závery aj priamo vo vzťahu k použitiu binchotanu pre filtráciu vody a uvádzajú, že “biele uhlie (binchotan sa v Japonsku nazýva biele uhlie – angl. white charcoal, pozn. autora článku) je účinnou prísadou na zlepšenie kvality vody vďaka svojim adsorpčným, ale aj vyluhovacím vlastnostiam.”
Mikroskopickým skúmaním povrchu aktívneho filtračného uhlia vyrobeného z vetiev eukalyptového stromu došli vedci z Technickej univerzity v Madride (r. 2016) k zisteniu, že jeho mikropóry majú polomery menšie ako 2 nm (dve miliardtiny metra) a tvoria zvyčajne až 95% celkovej plochy tohto aktívneho uhlia (1000-1500 m2 / g). Teda jedna priemerná binchotanová tyčinka (50 g) disponuje adsorpčnou plochou desiatich futbalových ihrísk. V rovnakej štúdii sa ďalej uvádza, že “hoci hlavná časť adsorpcie (vysvetlenie pojmu nájdete v článku) prebieha cez tieto mikropóry, aj mezopóry a makropóry sú dôležité, pretože umožňujú zachytávaným nečistotám rýchlo prechádzať do menších pórov umiestnených viac vo vnútri tyčinky, ktoré ich potom naviažu . Práve preto je dôležité binchotan každé dva týždne ponoriť do vriacej vody. Týmto spôsobom zabezpečíme, že vonkajšie póry zostanú priechodné a binchotan bude spoľahlivo nasávať všetky nečistoty do svojich vnútorných mikropórov.
Rôzne vedecké štúdie vyvodili závery aj priamo vo vzťahu k použitiu binchotanu pre filtráciu vody a uvádzajú, že “biele uhlie (binchotan sa v Japonsku nazýva biele uhlie – angl. white charcoal, pozn. autora článku) je účinnou prísadou na zlepšenie kvality vody vďaka svojim adsorpčným, ale aj vyluhovacím vlastnostiam.”
Tím vedcov z Univerzity v Mekelle (Etiópia) skúmal povrch aktívneho uhlia z eukalyptového dreva, ktoré miestne komunity tradične využívali ako ekonomicky dostupný zdroj pre vykurovanie. Vedecké pozorovania metódou tzv. Skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM) odhalili, že “veľká povrchová plocha študovaného adsorbenta [eukalyptus] umožňuje pohlcovanie ťažkých kovov olova, kadmia a chrómu s percentuálnym odstránením 82 až 100%. Snímky uhlia pod elektrónovým mikroskopom takisto podporujú potenciál študovaného aktívneho uhlia na odstránenie toxických ťažkých kovov.” (zdroj: štúdia Removal of heavy metals from aqueous solutions using Eucalyptus Camaldulensis: An alternate low cost adsorbent, 2020). Títo Vedci ďalej zistili, že schopnosť adsorpcie u eukalyptového aktívneho uhlia silne závisí na veľkosti a počiatočnom množstve znečistených častíc, pH vody či dobe kontaktu uhlia s vodou. Na prvý pohľad paradoxne pôsobí zistenie, že úspešnosť odstraňovania ťažkých kovov rýchlo rástla so zvyšovaním množstva týchto kovov vo vode. Zároveň sa zistilo, že čím menšia je veľkosť častíc ťažkých kovov, tým vyššia malo uhlia adsorpčné schopnosti. Optimálna doba kontaktu pre účinnosť aktívneho uhlia bola stanovená na 120 minút. Vedci uzatvárajú štúdiu tvrdením, že eukalyptus “je teda lacný materiál s vysokou adsorpčnou schopnosťou, a preto by bolo vhodné ho používať aj v priemyselných čistiarňach odpadových vôd.”
Vedecké pozorovania metódou tzv. skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM) odhalili, že “veľká povrchová plocha študovaného adsorbenta [eukalyptus] umožňuje pohlcovanie ťažkých kovov olova, kadmia a chrómu s percentuálnym odstránením 82 až 100%.
Vedci z Kolorádskej štátnej univerzity (USA) skúmali zmeny chemického zloženia vody po aplikácii aktívneho uhlia – japonského binchotanu. Bolo zistené, že binchotan je už po hodine vo vode účinný pri znižovaní množstva týchto látok: olovo, ortuť, meď, hliník, urán a molybdén. Navyše binchotan vodu obohacuje najmä o tri minerály: vápnik, horčík, mangán a draslík.
Laboratórnu štúdiu s podobnými závermi realizovala aj značka KURO-Bo predávajúca binchotanové tyčinky pre filtráciu vody v Juhoafrickej republike a taktiež na platforme Amazon. Laboratórni vedci potvrdili, že binchotanové uhlie začína na kohútiku vodu pôsobiť okamžite a odstraňuje z nej chlór, olovo, ortuť, hliník a železo. Na vodu má alkalizujúci účinok, čím harmonizuje jej pH.
Zoznam vedeckých štúdií účinkov binchotanu ako filtra 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)
