Naučnici i inženjeri razvijaju nove načine za efikasno i održivo uništavanje per- i polifluoroalkil supstanci (PFAS). Ova klasa hemikalija je poznata kao „hemikalije zauvek“ jer PFAS opstaju i akumuliraju se u životnoj sredini, životinjama i našim telima.
PFAS se decenijama koristi za pravljenje svega, od pene za gašenje požara, ambalaže, vodootporne odeće i nelepljivih premaza za tiganje. Hemija koja čini ova jedinjenja tako korisnim čini ih izuzetno teškim za uništavanje ili potpuno uklanjanje iz okoline.
PFAS je povezan sa brojnim bolestima, uključujući rak i neplodnost. Godišnji trošak nereagovanja u vezi sa zdravstvenim problemima je oko 84 milijarde evra (70 milijardi funti) za evropske zemlje.
Otklanjanje više od 14.000 različitih PFAS-a predstavlja ogroman i skup izazov. Samo u Engleskoj, troškovi sanacije se predviđaju u iznosu do 121 milijardu funti. Postoji mnogo načina da se PFAS ukloni iz kontaminiranog zemljišta, podzemnih voda ili vode za piće, ali ključni izazov je uništiti PFAS bez doprinosa zagađenju na drugim mestima.
Preporuke za bezbedne koncentracije PFAS u vodi za piće su u rasponu od nanograma po litru ili delova po trilionu—ovo je kao prebrojavanje zrna peska u bazenu olimpijske veličine.
Za tretiranje kontaminirane vode, PFAS treba ukloniti, obično nekom vrstom tehnike odvajanja ili koncentracije, pre nego što se uništi.
Tehnike razdvajanja tradicionalno koriste sitne čvrste čestice poroznog aktivnog uglja — ovo je kao mala zrna uglja sa sitnim rupicama. Ugljenik se pakuje u kolonu kroz koju protiče voda kontaminirana PFAS-om.
PFAS se lepi za čestice u koloni i kada više PFAS ne može da se prikupi, čvrsti ugljenik se tretira na visokim temperaturama (900°C-950°C) da bi se uklonio PFAS. Svaki PFAS koji nije uništen u ovom procesu mora biti izložen još višim temperaturama za potpuno uništenje. Tada se aktivni ugalj može ponovo koristiti za prikupljanje više PFAS.
Drugi način prikupljanja PFAS-a mogao bi uključivati 3D štampane materijale. Neki istraživači su dodali katalizatore aktivnom uglju da bi istovremeno sakupili i razgradili PFAS.
Kontaminacija PFAS-om se može odvojiti od vode korišćenjem tehnika kao što je filtracija za stvaranje koncentrata PFAS ili frakcionisanje pene koja propušta vazduh kroz kontaminiranu vodu. Pošto PFAS deluju kao sapun (ili surfaktant), oni se privlače i lepe za površine tih mehurića koji se zatim dižu do vrha rezervoara i mogu se ukloniti.
PFAS su fluorisane hemikalije, što znači da su atomi ugljenika unutar njihove strukture vezani za atome fluora — te jake hemijske veze je teško prekinuti, pa su stoga potrebne veoma visoke temperature spaljivanja.
Većina uništavanja PFAS-a se dešava stvaranjem (i sporijim uništavanjem) manjih PFAS-a. Veze ugljenik-fluor u PFAS kraćeg lanca je najteže razbiti, tako da treba izbegavati stvaranje manjih, upornijih PFAS.
Nije iznenađujuće da su PFAS otporni na metode koje uništavaju druge zagađivače kao što su izlaganje ozonu (snažni oksidant), bakterijama ili visokim temperaturama.
Samo temperature iznad 1.400˚C će potpuno uništiti PFAS, ali Velika Britanija ima samo četiri visokotemperaturne spalionice, od kojih sve neće prihvatiti otpad kontaminiran PFAS-om.
Hitno su potrebne šire dostupne, isplativije i održive tehnologije za degradaciju PFAS. Mnoga nova rešenja imaju za cilj da rade u ambijentalnim uslovima (na sobnim temperaturama i pritiscima) radi uštede energije. Inovacije uključuju mikrobnu degradaciju pri čemu se bakterije hrane PFAS zagađenjem i razgrađuju ga. Energetski unos je nizak, ali mikrobni procesi imaju tendenciju da proizvode različite PFAS.
Naš tim koristi zvučne talase visoke frekvencije da uništi PFAS kroz ono što je poznato kao „ultrazvučna degradacija“ ili „sonoliza“. Ovo potpuno razgrađuje PFAS na sobnoj temperaturi, tako da nisu potrebni visoki unosi energije i pritisci. Sonoliza može razbiti niz kontaminiranih materijala, uključujući korišćenu penu za gašenje požara i tečne procedne vode sa deponija.
Kada se kontaminirana tečnost tretira zvučnim talasima visokog tona (ultrazvuk), mehurići gasa se kompresuju i šire brzo, do miliona puta u sekundi. Mehurići rastu, a zatim nasilno kolabiraju u ovim ciklusima pritiska, trenutno dostižući temperature toplije od sunca i pritiske oko hiljadu puta veći od naše atmosfere, razgrađujući PFAS.
Druga metoda koja se zove „hidrodinamička kavitacija“ koristi vodu koja se brzo kreće za stvaranje šupljina mehurića koje rade na sličan način.
Tri druge tehnike hemijskog uništavanja koje ne koriste ekstremnu toplotu ili visoke pritiske uključuju elektrolizu, fotolizu i plazmu. Elektroliza može uništiti PFAS koristeći električnu struju koja putuje preko specijalnih elektroda.
Fotoliza koristi katalizator koji se pokreće sunčevom svetlošću ili drugim izvorima svetlosti, ali kontaminirana tečnost mora biti bistra da bi svetlost aktivirala katalizator.
Plazma je poput supe naelektrisanih čestica koje izazivaju teško ostvarljive reakcije kao što je uništavanje PFAS-a. Plazma na površini kontaminirane vode ili neposredno ispod nje se formira korišćenjem struje visokog napona ili elektromagnetne energije. Međutim, ova tehnologija je uglavnom ograničena na laboratorijska istraživanja.
Koja god tehnologija da se koristi za uništavanje PFAS, izazov je osigurati efikasan tretman za sve tipove PFAS. U idealnom slučaju, zagađenje PFAS-om treba u potpunosti sprečiti. Ali čak i ako je proizvodnja PFAS sada zaustavljena, nasleđe više od 70 godina proizvodnje i puštanja PFAS-a stvorilo je dugotrajan izazov.
