Štetne hemikalije PFAS sada se mogu otkriti u mnogim zemljištima i vodenim tijelima. Njihovo uklanjanje korišćenjem konvencionalnih tehnika filtera je skupo i gotovo neizvodljivo. Istraživači sa Fraunhofer instituta za interfacijalno inženjerstvo i biotehnologiju IGB sada uspešno implementiraju tehnologiju zasnovanu na plazmi u zajedničkom istraživačkom projektu AtVaPlas.
Kontaminirana voda se dovodi u kombinovani cilindar od stakla i nerđajućeg čelika gde se zatim tretira jonizovanim gasom, odnosno plazmom. Ovo smanjuje molekularne lance PFAS, omogućavajući uklanjanje toksične supstance po niskoj ceni.
Per- i polifluoroalkilne supstance (PFAS) imaju mnoga posebna svojstva. Pošto su termički i hemijski stabilni, kao i otporni na vodu, masnoću i prljavštinu, mogu se naći u velikom broju svakodnevnih proizvoda: njima su obložene, na primer, kutije za pice i papir za pečenje, a šamponi i kreme takođe sadrže PFAS. U industriji služe kao sredstva za gašenje i vlaženje, a u poljoprivredi se koriste u sredstvima za zaštitu bilja.
Međutim, tragovi PFAS se sada otkrivaju i tamo gde ih ne bi trebalo naći: u zemljištu, rekama i podzemnim vodama, u hrani i vodi za piće. Tako štetne materije završavaju u ljudskom telu. Zbog njihove hemijske stabilnosti, eliminisanje ovih takozvanih „zauvek hemikalija“ do sada je bilo skoro nemoguće bez značajnog napora i troškova.
AtVaPlas zajednički istraživački projekat ima za cilj da to promeni. Akronim je skraćenica od Atmospheric Vater Plasma Treatment. Inovativni projekat se trenutno vodi na Fraunhofer institutu za interfacijalno inženjerstvo i biotehnologiju IGB u Štutgartu u saradnji sa industrijskim partnerom HIDR.O. Geologen und Ingenieure GbR iz Ahena. Cilj je tretiranje i obnavljanje vode kontaminirane PFAS-om korišćenjem tretmana plazmom.
Istraživački tim koji predvodi dr Georg Umlauf, stručnjak za funkcionalne površine i materijale, koristi sposobnost plazme da napadne molekularne lance supstanci. Električno provodljivi gas koji se sastoji od elektrona i jona nastaje kada se primeni visoki napon. „Naši eksperimenti sa plazmom su bili uspešni u skraćivanju lanaca PFAS molekula u vodi. Ovo je značajan korak ka efikasnom uklanjanju ovih tvrdoglavih zagađivača“, sa zadovoljstvom izveštava Umlauf.
Fraunhoferovi istraživači koriste cilindričnu konstrukciju za ovaj proces plazme. Unutra je cev od nerđajućeg čelika, koja služi kao uzemljiva elektroda električnog kola. Spoljašnja bakarna mreža tada deluje kao visokonaponska elektroda i zaštićena je iznutra staklenim dielektrikom. Između njih je ostavljen veoma mali razmak koji je ispunjen mešavinom vazduha. Ova mešavina vazduha se pretvara u plazmu kada se primeni napon od nekoliko kilovolti. Ljudskom oku je vidljiv po svom karakterističnom sjaju i pražnjenju kao bljeskovi svetlosti.
Tokom procesa prečišćavanja, voda kontaminirana PFAS-om se unosi na dno rezervoara od nerđajućeg čelika i pumpa nagore. Zatim putuje dole kroz razmak između elektroda, prolazeći kroz električno aktivnu atmosferu plazme. Plazma razbija i skraćuje lance PFAS molekula dok se prazni.
Voda se više puta pumpa kroz čelični reaktor i zonu pražnjenja plazme u zatvorenom krugu, smanjujući lance PFAS molekula svaki put sve dok se potpuno ne mineralizuju. „U idealnom slučaju, štetne PFAS supstance se eliminišu do te mere da se više ne mogu detektovati u masenim spektrometrijskim merenjima. Ovo je takođe u skladu sa strogim propisima Nemačke o pijaćoj vodi (TrinkvV) u vezi sa koncentracijama PFAS“, kaže Umlauf.
Tehnologija razvijena u Fraunhofer institutu ima ključnu prednost u odnosu na konvencionalne metode kao što je filtriranje aktivnog uglja: „Filteri sa aktivnim ugljem mogu da vežu štetne supstance, ali nisu u stanju da ih eliminišu. To znači da se filteri moraju redovno zameniti i odlagati Tehnologija AtVaPlas je, s druge strane, sposobna da potpuno eliminiše štetne materije bez ikakvih ostataka i veoma je efikasna i zahteva malo održavanja“, objašnjava stručnjak za Fraunhofer Umlauf.
Da bi osigurali pravu izvodljivost, istraživači iz Fraunhofera testiraju prečišćavanje plazme pod izazovnijim uslovima. Konvencionalne metode ispitivanja uključuju korišćenje savršeno čiste vode i rastvora PFAS koji su sintetički pomešani u laboratoriji. Međutim, istraživački tim u Štutgartu koristi „prave“ uzorke vode koji dolaze iz područja kontaminiranih PFAS-om.
Uzorke prikuplja partner na projektu HIDR.O. Geologen und Ingenieure GbR iz Ahena. Kompanija je specijalizovana za čišćenje kontaminiranih lokacija i takođe sprovodi hidrodinamičke simulacije.
Pravi uzorci vode sa kojima rade Umlauf i njegov tim stoga sadrže PFAS kao i druge čestice, suspendovane čvrste materije i organsku zamućenost. „Ovako proveravamo efikasnost prečišćavanja AtVaPlas-a, ne samo koristeći sintetičke laboratorijske uzorke, već i pod realnim uslovima sa promenljivim kvalitetom vode. Parametri procesa se mogu prilagođavati i dalje razvijati u isto vreme“, objašnjava Umlauf.
Ova metoda plazme može se koristiti i za razbijanje drugih štetnih supstanci, uključujući farmaceutske ostatke u otpadnim vodama, pesticide i herbicide, ali i industrijske hemikalije kao što su cijanidi. AtVaPlas se takođe može koristiti za prečišćavanje vode za piće u mobilnim aplikacijama na ekološki prihvatljiv i isplativ način.
Zajednički istraživački projekat AtVaPlas pokrenut je u julu 2021. Nakon uspešne serije pilot testova sa reaktorom od 5 litara, Fraunhoferov tim sada radi sa zajedničkim istraživačkim partnerom na daljoj optimizaciji procesa.
Georg Umlauf kaže: „Naš trenutni cilj je da potpuno eliminišemo toksični PFAS produžavanjem vremena procesa i povećanjem broja cirkulacija u rezervoaru. Takođe želimo da AtVaPlas tehnologiju učinimo dostupnom za praktičnu primenu u većem obimu.“ U budućnosti bi se odgovarajuća postrojenja mogla postaviti kao samostalne faze prečišćavanja u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda ili koristiti u prenosivim kontejnerima na kontaminiranim lokacijama na otvorenom.
