Pot fi curățate pentru totdeauna substanțele chimice „veșnice”? Se găsesc până și în apa de ploaie, în animale și în oameni

Cum se rezolvă o problemă precum PFAS? Peste 9.000 de tipuri diferite de substanțe sintetice per- și polifluoroalchilice (PFAS) sunt utilizate pentru a produce orice, de la spuma de stingere a incendiilor până la învelișul antiaderent de pe tigăile de gătit. Supranumite „substanțe chimice veșnice”, PFAS sunt persistente și omniprezente. Acestea au fost găsite în apa de ploaie, în sol, în animalele sălbatice și în oameni. În prezent, oamenii de știință lucrează la modalități de curățare a efectelor lor de lungă durată, relatează BBC.

O investigație recentă la nivel european și britanic, condusă de Le Monde și Watershed Investigations, a identificat peste 2.100 de „puncte fierbinți” despre care se crede că sunt contaminate cu niveluri de PFAS periculoase pentru sănătate (peste 100 de nanograme pe litru). Ca urmare a legăturilor cu efectele negative asupra sănătății – acidul perfluorooctanoic (PFOA) este clasificat de către Agenția Internațională de Cercetare a Cancerului (IARC) ca fiind posibil cancerigen, iar unii PFAS sunt cunoscuți ca fiind capabili să perturbe sistemele hormonale – anumiți compuși au fost interziși la nivel internațional prin Convenția de la Stockholm privind poluanții organici persistenți, un tratat internațional de mediu care are ca scop eliminarea sau restricționarea producției și utilizării poluanților organici persistenți.

Dar, având în vedere că există deja atât de multe substanțe chimice pentru totdeauna în mediul înconjurător, eforturile de curățare a acestora nu sunt deloc ieftine. Un raport recent al ChemSec, o organizație non-profit cu sediul în Suedia care militează pentru substanțe chimice mai sigure, a constatat că costurile societale globale ale substanțelor chimice PFAS – inclusiv cele de remediere – se ridică la 16 miliarde de euro (17 miliarde de dolari/ 13,8 miliarde de lire sterline) pe an.

„Cred că toate acestea se pot rezolva. Este doar o chestiune de costuri”, spune Ian Cousins, profesor de chimie de mediu la Universitatea din Stockholm. „Există tehnologii de tratare care funcționează pentru PFAS moștenite. Puteți, în principiu, să curățați un sit foarte contaminat – dacă aveți toți banii din lume. Dar de unde vor veni banii? Avem nevoie de tehnologii cu costuri reduse, cu consum redus de energie.”

În prezent, oamenii de știință dezvoltă noi modalități de a curăța poluarea cu PFAS și de a preveni o nouă contaminare a mediului.

În ciclul apei

Filtrele de apă disponibile în comerț, precum și filtrele la scară industrială pentru stațiile de tratare a apei tind să se concentreze pe eliminarea metalelor grele, a pesticidelor și a contaminanților precum clorul.

Dar, deoarece PFAS includ un grup atât de divers de compuși chimici, realizarea unor filtre care să îi poată elimina pe toți reprezintă o provocare uriașă, spune Andrew Knight, chimist la Sandia National Laboratories, un laborator național finanțat de guvernul american. El lucrează cu o echipă de chimiști și cercetători în domeniul materialelor pentru a proiecta un sistem de filtrare capabil să capteze o gamă largă de PFAS.

Diferite filtre tind să fie eficiente pentru diferiți PFAS, astfel încât Knight investighează ce materiale și dimensiuni ale porilor asigură o adsorbție maximă a mai multor compuși. În general, materia organică mai abundentă se lipește mai întâi de filtre, spune el, astfel încât plasarea unui filtru PFAS într-o etapă a sistemului de filtrare în care materia organică este la un nivel minim ar putea ajuta la identificarea PFAS.

Cu toate acestea, Knight avertizează că există prea multe necunoscute în acest moment:

„Toxicologia acestor substanțe chimice nu este încă pe deplin înțeleasă, așa că nu știm cu adevărat care sunt cele mai toxice. Știm doar că sunt peste tot și că nu ar trebui să fie.”

Apoi, mai există și problema deșeurilor. Dacă PFAS pot fi filtrate cu succes din apă, rămâne un deșeu care conține o concentrație mare de PFAS.

„Permiterea unui fel de degradare ar fi esențială”, spune Knight, care observă că orice nouă economie de filtrare trebuie să permită clienților să trimită filtrele contaminate pentru a fi eliminate în mod corespunzător.

De obicei, spune Knight, orice concentrat rămas merge la groapa de gunoi sau la incinerare, care necesită un consum mare de energie. Mulți PFAS sunt concepuți pentru a fi stabili din punct de vedere termic și rezistenți la căldură – teflonul sau PTFE pot rezista la temperaturi de până la 260C (500F) – iar Knight explică faptul că arderea PFAS cu lanț lung eliberează în aer PFAS cu lanț scurt care ar putea fi mai mobili și să se deplaseze prin sol, în apele subterane și prin sistemele de apă – ajungând înapoi în apa potabilă.

Cousins adaugă: „Există modalități eficiente din punct de vedere energetic de filtrare, dar în prezent nu există modalități eficiente din punct de vedere energetic de distrugere a PFAS. Nu există nicio soluție magică disponibilă în acest moment”.

Zapping și ultraviolete profunde

Dincolo de filtrarea PFAS, unii cercetători investighează tehnologii de distrugere mai rentabile și mai practice, care să descompună PFAS fără a fi nevoie de căldură mare sau de presiune intensă.

Oamenii de știință de la Universitatea din British Columbia au folosit tehnici electrochimice și fotochimice pentru a „zbura” PFOA care a fost prins pe un material reutilizabil pe bază de silice. În timp ce o altă echipă de la Universitatea din California utilizează „ultraviolete profunde” – lungimi de undă extrem de mici (sub 220 nm) ale luminii ultraviolete – pentru a descompune PFAS în condiții ambientale fără a produce deșeuri secundare. Odată ce apa contaminată a fost infuzată cu hidrogen, ultravioletele profunde de înaltă energie excită apa și hidrogenul, făcându-le mai reactive și capabile să catalizeze reacțiile care descompun PFAS.

După cum explică autorul studiului, Haizhou Liu, nivelurile de urme de PFAS cu lanț lung și scurt din apele subterane sunt descompuse. Atunci când legăturile puternice de carbon-florin din cadrul tuturor PFAS sunt descompuse cu ajutorul acestei chimii ecologice, fără căldură sau substanțe chimice suplimentare, fluorul este singurul produs secundar – un produs care ajută la protejarea dinților noștri.

„În esență, transformăm o substanță chimică toxică într-un element benefic”, spune Liu, care a publicat anul trecut un studiu la scară de laborator care a distrus PFAS într-un litru de apă contaminată. „Avem date promițătoare privind apa reală care arată o distrugere foarte mare.”

Liu construiește acum un sistem la scară pilot care va fi capabil să proceseze mai mulți litri de apă pe minut. În termen de doi ani, el speră să dezvolte un reactor UV care să poată trata milioane de galoane pe zi. Și pentru că lumina UV este deja utilizată pe scară largă ca metodă de dezinfecție, Liu subliniază că UV-ul profund poate fi adaptat în infrastructura existentă la stațiile municipale de tratare a apei, folosind lămpi UV cu LED cu consum redus de energie. „Pentru a fi comercializată, tehnologia trebuie să fie simplă”, adaugă el.

Pe lângă tratarea apei, este necesară remedierea solului în cazul siturilor puternic contaminate. O strategie este pomparea de carbon activ în sol, care leagă PFAS in situ pentru a preveni scurgerile în apele subterane – acest lucru a fost realizat în Australia, de exemplu, dar nu există încă studii pe termen lung în acest sens. O altă opțiune constă în excavarea solului contaminat și curățarea acestuia, folosind diferite metode de spălare, dar apa rămasă trebuie în continuare purificată, fie cu filtre, fie cu ajutorul radiațiilor UV.

Unii academicieni se uită la natură pentru inspirație – iar microbii ar putea oferi o soluție biologică. La Universitatea Princetown, în 2019, cercetătorii au descoperit că bacteria Acidimicrobium A6 a eliminat 60% din PFOS și PFOA în fiole de laborator în 100 de zile de observație.

Yujie Men, un microbiolog de mediu de la Universitatea din California, comentează că studiul Princetown nu a fost replicat și că mecanismul exact de degradare nu este clar, astfel că sunt necesare mai multe cercetări.

Legăturile de carbon-florină din PFAS sunt „robuste din punct de vedere chimic” și greu de rupt, așa că Men vrea să știe ce enzime ar putea degrada anumite structuri chimice. „Microbii nu au avut încă timp să evolueze modalități de biodegradare a PFAS. În laborator, putem manipula microorganismele prin inginerie enzimatică, în loc să așteptăm ca această evoluție naturală să aibă loc în milioane de ani. În momentul de față, ne aflăm la prima etapă în care trebuie să aflăm ce bacterii și ce enzime ar putea face treaba. În cele din urmă, obiectivul ar fi să folosim aceste informații pentru a crea un biocatalizator.”

Deși microbii singuri nu vor degrada toată poluarea cu PFAS, Men spune că biocatalizatorii ar putea accelera descompunerea unor PFAS cu lanț scurt.„Studiul nostru a arătat că bacteriile aerobe pot face o treabă mai bună atunci când structura este mai puțin fluorurată – în plus, microbii pot crește cu ușurință la temperaturi ambientale, astfel încât acest lucru ar putea fi și rentabil”.

Men investighează, de asemenea, modul în care microbii ar putea juca un rol în dezvoltarea unor alternative PFAS mai degradabile. Pentru aplicațiile în care PFAS joacă un rol esențial, cum ar fi produsele farmaceutice, ea speră că studiile sale microbiene ar putea ajuta la conceperea unor compuși fluorurați mai biodegradabili:

„Avem nevoie de alternative la PFAS care să fie mai ecologice, mai puțin toxice, dar care să aibă totuși o funcționalitate similară.”

Și, în timp ce unele tehnologii de remediere par promițătoare, acestea nu ar trebui să fie o scuză pentru a continua să producă PFAS, adaugă Anna Lennquist, toxicolog principal la ChemSec. Lennguist speră că planurile propuse de Agenția Europeană pentru Produse Chimice de a restricționa fabricarea și utilizarea întregii clase de substanțe chimice PFAS ar putea impulsiona inovația pentru a înlocui PFAS cu alternative mai sigure și mai sănătoase, lucru care, în opinia ei, este la fel de esențial ca și eforturile de curățare.

Cu siguranță nu există un răspuns unic pentru toți, spune ea. „Pentru fiecare tip de PFAS, vom avea nevoie de un set de soluții diferite – nu va exista un înlocuitor universal. [Soluția] nu va trebui să fie întotdeauna un alt produs chimic, uneori ar putea implica modificări ale procesului sau materiale diferite”.

„Desigur, trebuie să facem ceva în legătură cu aceste locuri supercontaminate pentru a putea bea apă”, spune ea, „dar soluția generală este de a opri producția și utilizarea [PFAS] pe cât posibil”.