Kemikalier forbliver evigt i vand og jord. Da de ikke nedbrydes, ender de i vores vand og mad, hvilket fører til sundhedseffekter som kræft og nedsat fertilitet.
I sidste måned foreslog det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur at give to af de mest almindelige evige kemikalier, PFOA og PFOS, som gjorde det muligt for videnskabsmænd at spore dem og planlægge oprydningsforanstaltninger.
Nu er et team af forskere ved University of Washington har en ny måde at ødelægge PFOA og PFOS på. De kom med en ny reaktor - der bruger superkritisk vand, som dannes ved høj temperatur og tryk - til at nedbryde svært at ødelægge kemikalier fuldstændigt. Denne teknologi kan behandle gamle materialer, såsom de evige kemikalier i brandslukningsskum, fjerne koncentrerede for evigt kemikalier, der allerede findes i miljøet, og behandle industriaffald.
Igor Novosselov, en UW forskningslektor i maskinteknik, sagde, ”Vores reaktor varmer i bund og grund vand meget hurtigt op, men den varmer vand anderledes op, end når man koger det til pasta. Typisk, når du hæver temperaturen, koger vandet og bliver til damp. Derfra bliver vandet og dampen ikke varmere end 100 grader Celsius (212 F).
Komprimering af vand kan ændre denne ligevægt og få det kogepunkt ved meget varmere temperaturer. Forøgelse af trykket kan øge kogetemperaturen.
Vandet vil i sidste ende holde op med at ændre tilstand fra væske til damp. I stedet når det et kritisk punkt, hvor vandet går ind i den superkritiske fase, et distinkt sagen. Vand er ikke en væske eller en gas i dette tilfælde. Den falder et sted i midten, og grænserne er lidt slørede.
vandmolekyler ligner ioniserede partikler i en plasmalignende tilstand. Disse delvist adskilte molekyler oscillerer ved meget høje temperaturer og meget hurtige hastigheder. Organiske molekyler kan ikke overleve i et så aggressivt og stærkt ætsende miljø.
Novosselov sagde, "Kemikalier, der overlever for evigt i normalt vand, såsom PFOS og PFOA, kan nedbrydes i superkritisk vand til et meget højt tempo. Hvis vi får betingelserne rigtige, kan disse genstridige molekyler ødelægges, uden at efterlade mellemprodukter og kun give harmløse stoffer, som f.eks. carbondioxid, vand, og fluorsalte, ofte tilsat kommunalt vand og tandpasta."
"Vi designede det oprindeligt til at nedbryde kemiske krigsførende stoffer, som også er svære at ødelægge. Det tog os fem år at lave reaktoren."
"Der var væsentlige spørgsmål som, hvordan holder vi tingene på det pres? Inde i reaktoren er trykket 200 gange højere end ved havoverfladen. Et andet spørgsmål, vi havde, var: Hvordan sikrer vi, at reaktoren antændes og fungerer ved en bestemt temperatur i kontinuerlig tilstand?
Hvordan fungerer reaktoren?
Reaktoren indeholder et tykt rør af rustfrit stål omkring en fod langt og en tomme i diameter. Forskere kan variere temperaturen indeni for at finde ud af, hvor varmt de skal gå for at ødelægge et kemikalie. Nogle kemikalier kræver 400 C (752 F), og nogle 650 C (1202 F).
Forskere introducerer løbende pilotbrændstof, luft og det kemikalie, vi ønsker at eliminere, ligesom PFOS, i det superkritiske vand i toppen af reaktoren. Brændstoffet giver den varme, der kræves for at holde kombinationen superkritisk, og PFOS kombineres hurtigt med dette aggressive medium.
Samlet set er reaktionstiden mindre end et minut.
Novosselov sagde, "I bunden af reaktoren køles blandingen ned for at give både væske- og gasudledning. Vi kan analysere, hvad der er i både væske- og gasfasen for at måle, om vi har ødelagt kemikaliet."
Forskere udførte det samme eksperiment med PFOS og PFOA. EPA regulerer dem begge. Det blev fundet, at PFOA forsvinder ved milde superkritiske forhold (omkring 400 grader C eller 750 F), men PFOS gør det ikke. Det tog, indtil vi nåede 610 grader C (1130 F) at se ødelæggelsen af PFOS.
Ved den temperatur blev PFOS og alle mellemprodukter ødelagt - i løbet af 30 sekunder.
PFOS-test afslørede, at flere mellemliggende forbindelser, herunder PFOA, kan udvikle sig ved lavere temperaturer. Nogle af disse nedbrydningsprodukter opstod i flydende fase, hvilket tyder på, at spildevand fra produktionsanlæg, der anvender permanente kemikalier, kan indeholde dem. Men andre mellemprodukter kommer ud i gasfasen, hvilket er problematisk, fordi gasudledningen typisk ikke er reguleret.
Novosselov sagde, »Disse molekyler indeholder fluor, og vi ved, at disse typer gasser bidrager til drivhuseffekter. Lige nu har vi ikke en måde at overvåge gasforureningen i realtid, og vi ved ikke, hvor meget vi ville producere eller endda deres nøjagtige kemiske sammensætning."
"Vi har et par næste skridt. Vi har brugt reaktoren til at se, hvor godt den ødelægger andre evige kemikalier udover PFOS og PFOA. Vi vurderer også, hvor godt denne teknologi kan fungere til scenarier i den virkelige verden."
Journal Reference:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. PFOS-destruktion i en kontinuerlig superkritisk vandoxidationsreaktor. Kemisk teknik Tidsskrift. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
