You might think of gas masks as clunky, spooky, military-looking devices only found in spy movies or World War I museums. But you probably already own a mask that uses remarkably similar technology. And in the near future, we may need to rely on these filters as part of our everyday lives. In addition to emerging diseases, wildfire frequency has more than tripled from 1996 to 2021. As fires burn longer and cover more land, their smoke affects more people each year. Climate change is also causing more hot, sunny days, which accelerates the production of toxic ground level ozone. So, how do these masks work, and can they protect us from new and old airborne threats?
Anda mungkin mengira masker gas alat yang kikuk, seram, bergaya militer, yang hanya ditemukan di film mata-mata atau museum Perang Dunia I. Namun, Anda mungkin sudah memiliki masker yang memakai teknologi yang sangat mirip. Dalam waktu dekat pun, kita mungkin perlu mengandalkan filter ini sebagai bagian dari keseharian kita. Selain munculnya penyakit baru, jumlah kebakaran hutan naik lebih dari tiga kali lipat sejak tahun 1996 hingga 2021. Karena api menyala lebih lama dan meluas, asapnya memengaruhi semakin banyak orang tiap tahun. Perubahan iklim juga menyebabkan hari-hari lebih panas dan terik, yang mempercepat produksi ozon beracun di permukaan tanah. Jadi, bagaimana cara kerjanya dan dapatkah masker ini melindungi kita dari ancaman udara baru dan lama?
Well, the first rule of filters is making sure you have a tight seal. Without that, even the best mask in the world is useless. So assuming your mask is on tight, this technology can capture pollutants in one of two ways: filtering them out by size or attracting specific chemical compounds.
Aturan pertama filter adalah memastikan Anda memiliki segel ketat. Tanpa itu, bahkan topeng terbaik di dunia pun tidak ada gunanya. Jadi dengan asumsi masker Anda ketat, teknologi ini dapat menangkap polutan melalui salah satu dari dua cara: menyaringnya berdasarkan ukuran atau menarik senyawa kimia tertentu.
For an example of the first approach, let’s look at wildfire smoke. When forests burn, they generate a wide variety of chemicals. At close range, there are so many different pollutants at such high concentrations that no filter could help you— this is why firefighters travel with their own air supply. But further away, the situation is different. While there's still a range of chemicals, they’ve mostly aggregated into tiny solid or liquid particles smaller than 2.5 microns in diameter. This particulate matter is much of what you're seeing and smelling in smoke, and it's especially dangerous for children, the elderly, and those with respiratory or cardiovascular diseases.
Sebagai contoh pendekatan pertama, mari kita lihat asap kebakaran hutan. Ketika hutan terbakar, mereka menghasilkan berbagai bahan kimia. Pada jarak dekat, ada banyak polutan berbeda berkonsentrasi tinggi dan tidak ada filter yang bisa membantu— inilah alasan pemadam kebakaran membawa pasokan udara sendiri. Tetapi lebih jauh, situasinya berbeda. Meski masih banyak bahan kimia, mereka sebagian besar terkumpul menjadi partikel padat atau cair kecil dengan diameter kurang dari 2,5 mikron. Banyak materi partikulat ini adalah apa yang Anda lihat dan cium dalam asap, dan ini sangat berbahaya bagi anak-anak, orang tua, dan mereka yang memiliki penyakit pernapasan atau kardiovaskular.
Luckily, the majority of these particulates are still large enough to be captured by the most basic filters, which are made of polypropylene or glass strands roughly 1/10 the width of a human hair. Under a microscope, they look like a thick forest, and at this scale, these branches have a special property.
Untungnya, sebagian besar partikulat ini masih cukup besar untuk ditangkap oleh filter paling dasar, terbuat dari polipropilen atau serat kaca ukuran sekitar 1/10 lebar rambut manusia. Di bawah mikroskop, mereka terlihat seperti hutan lebat, dan pada skala ini, cabang-cabang ini memiliki fungsi khusus.
Typically, when you use a sieve, you’re filtering out objects larger than the sieve’s holes. But these polypropylene branches can catch particles much smaller than the gaps between them.
Ketika Anda menggunakan saringan, Anda menyaring objek yang lebih besar dari lubang saringan. Tetapi, cabang polipropilen ini bisa menangkap partikel yang jauh lebih kecil daripada celah di antara mereka.
That’s because, when a particle collides with a thread, van der Waals forces cause it to stick as if it were made of Velcro. Plus, size-based filters can use electrically charged fibers that attract particles not already on a collision course. This is how even a simple N95 mask can catch at least 95% of particulate matter. And why an N100 mask or an air purifier with a high efficiency particulate air filter can catch at least 99.97% of particulates. With a tight seal, this level of protection will filter out most airborne pollution.
Itu karena ketika sebuah partikel bertabrakan dengan benang, gaya van der Waals menyebabkannya menempel seolah-olah terbuat dari Velcro. Plus, filter berbasis ukuran dapat menggunakan serat bermuatan listrik yang menarik partikel yang belum berada dalam jalur tabrakan. Ini bagaimana bahkan topeng N95 sederhana bisa menangkap setidaknya 95% partikel. Dan alasan mengapa masker N100 atau pembersih udara dengan filter udara partikulat efisiensi tinggi bisa menangkap setidaknya 99,97 persen partikulat. Dengan segel ketat, tingkat perlindungan ini akan menyaring sebagian besar polusi udara.
Unfortunately, some pollutants are still too small for this approach, including ozone molecules. These are barely bigger than the oxygen that we need to breathe and exposure is associated with asthma, respiratory conditions, and even premature death. Our best chance to filter them are activated carbon masks. At the microscopic level, activated carbon looks like a vast black honeycomb, and it's highly microporous structure can trap tiny ozone molecules. But this material still needs help to capture other pollutants like hydrogen sulfide, chlorine, and ammonia. For these threats, we need to combine the activated carbon with some simple chemistry. If the pollutant is acidic, we can infuse the filter with a basic chemical. Then when the two meet, they react, and the gas is trapped. Similarly, we can use acids to trap basic pollutants.
Sayangnya, beberapa polutan masih terlalu kecil untuk pendekatan ini, termasuk molekul ozon. Ia hampir tidak lebih besar dari oksigen yang dibutuhkan untuk bernapas dan paparannya dikaitkan dengan asma, penyakit pernapasan, dan bahkan kematian dini. Peluang terbaik kita untuk menyaringnya adalah masker karbon aktif. Pada tingkat mikroskopis, ia terlihat seperti sarang lebah hitam yang luas, dan strukturnya yang berpori ukuran mikro dapat menjebak molekul ozon kecil. Namun, ia masih butuh bantuan untuk menangkap polutan lain seperti hidrogen sulfida, klorin, dan amonia. Untuk ancaman ini, kita perlu menggabungkan karbon aktif dengan beberapa kimia sederhana. Jika polutan bersifat asam, kita bisa memasukkan bahan kimia basa ke dalam filter. Lalu, ketika keduanya bertemu, mereka bereaksi dan gas terperangkap. Begitu juga, kita bisa menggunakan asam untuk menjebak polutan basa.
Even with the right mask, it's still smart to check air quality indicators and to stay indoors when the threat level is high. And just like a mask, you'll want to make sure your house is well sealed. You can do this by closing windows, turning off fans that vent outside, and using HEPA filter equipped air purifiers or their cheaper, DIY cousin, the Corsi-Rosenthal box. Following these guidelines can help us breathe easy as we work on preventing these pollutants in the first place.
Bahkan dengan masker yang tepat, kita tetap perlu memeriksa kualitas udara dan tetap berada di dalam ruangan ketika tingkat ancaman tinggi. Seperti masker, Anda juga perlu memastikan rumah tertutup rapat. Anda bisa menutup jendela, mematikan kipas yang melepaskan angin dari luar, dan menggunakan pembersih udara yang dilengkapi filter HEPA atau sepupu DIY mereka yang lebih murah, kotak Corsi-Rosenthal. Mengikuti pedoman ini bisa membantu kita bernapas lega sembari kita berusaha untuk mencegah adanya polutan ini sejak awal.