Τα χημικά Forever επιμένουν στο νερό και το έδαφος. Καθώς δεν διασπώνται, καταλήγουν στο νερό και στην τροφή μας, οδηγώντας σε επιπτώσεις στην υγεία όπως ο καρκίνος και μειωμένη γονιμότητα.
Τον περασμένο μήνα, η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ πρότεινε τη χορήγηση δύο από τις πιο κοινές για πάντα χημικές ουσίες, τα PFOA και PFOS, τα οποία επέτρεψαν στους επιστήμονες να τα παρακολουθήσουν και να σχεδιάσουν μέτρα καθαρισμού.
Τώρα μια ομάδα ερευνητών στο University of Washington έχει έναν νέο τρόπο να καταστρέψει το PFOA και το PFOS. Βρήκαν έναν νέο αντιδραστήρα - που χρησιμοποιεί υπερκρίσιμο νερό, το οποίο σχηματίζεται σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση - για να διασπάσει εντελώς τις δύσκολα καταστρεφόμενες χημικές ουσίες. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να επεξεργάζεται παλιά αποθέματα, όπως τα forever χημικά στον αφρό πυρόσβεσης, να αφαιρεί τα συγκεντρωμένα για πάντα χημικά που υπάρχουν ήδη στο περιβάλλον και να επεξεργάζεται βιομηχανικά απόβλητα.
Ο Igor Novosselov, επιστημονικός αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας του UW, είπε, «Ο αντιδραστήρας μας ουσιαστικά θερμαίνει το νερό πολύ γρήγορα, αλλά θερμαίνει το νερό διαφορετικά από όταν το βράζετε για ζυμαρικά. Συνήθως, όταν ανεβάζετε τη θερμοκρασία, το νερό βράζει και μετατρέπεται σε ατμό. Από εκεί, το νερό και ο ατμός δεν ζεσταίνονται περισσότερο από 100 βαθμούς Κελσίου (212 F).»
Η συμπίεση του νερού μπορεί να αλλάξει αυτή την ισορροπία και να φτάσει σε αυτό το σημείο βρασμού σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες. Η αύξηση της πίεσης μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία βρασμού.
Το νερό τελικά θα σταματήσει να αλλάζει κατάσταση από υγρό σε ατμό. Αντίθετα, φτάνει σε ένα κρίσιμο σημείο όπου το νερό εισέρχεται στην υπερκρίσιμη φάση, ένα διακριτό κατάσταση της ύλης. Το νερό δεν είναι υγρό ή αέριο σε αυτήν την περίπτωση. Πέφτει κάπου στη μέση, και τα όρια είναι λίγο θολά.
Η μόρια νερού μοιάζουν με ιονισμένα σωματίδια σε κατάσταση που μοιάζει με πλάσμα. Αυτά τα μερικώς διαχωρισμένα μόρια ταλαντώνονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πολύ γρήγορους ρυθμούς. Τα οργανικά μόρια δεν μπορούν να επιβιώσουν σε ένα τόσο επιθετικό και εξαιρετικά διαβρωτικό περιβάλλον.
Ο Novosselov είπε, «Οι χημικές ουσίες που επιβιώνουν για πάντα στο κανονικό νερό, όπως το PFOS και το PFOA, μπορούν να διασπαστούν σε υπερκρίσιμο νερό σε πολύ υψηλό ποσοστό. Εάν έχουμε τις κατάλληλες συνθήκες, αυτά τα ανυπόφορα μόρια μπορούν να καταστραφούν, χωρίς να αφήνουν ενδιάμεσα προϊόντα και να αποδίδουν μόνο αβλαβείς ουσίες, όπως π.χ. διοξείδιο του άνθρακα, νερόκαι φθοριούχα άλατα, που προστίθενται συχνά στο δημοτικό νερό και στην οδοντόκρεμα.»
«Το σχεδιάσαμε αρχικά για να καταστρέφουμε παράγοντες χημικού πολέμου, οι οποίοι είναι επίσης δύσκολο να καταστραφούν. Μας πήρε πέντε χρόνια για να φτιάξουμε τον αντιδραστήρα».
«Υπήρχαν σημαντικά ερωτήματα όπως πώς κρατάμε τα πράγματα σε αυτή την πίεση; Μέσα στον αντιδραστήρα, η πίεση είναι 200 φορές υψηλότερη από ό,τι στο επίπεδο της θάλασσας. Μια άλλη ερώτηση που είχαμε ήταν: Πώς διασφαλίζουμε ότι ο αντιδραστήρας αναφλέγεται και λειτουργεί σε μια καθορισμένη θερμοκρασία σε συνεχή λειτουργία;»
Πώς λειτουργεί ο αντιδραστήρας;
Ο αντιδραστήρας περιέχει έναν παχύ σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα μήκους περίπου ενός ποδιού και διαμέτρου μίας ίντσας. Οι επιστήμονες μπορούν να διαφοροποιήσουν τη θερμοκρασία στο εσωτερικό για να καταλάβουν πόσο ζεστό χρειάζονται για να καταστρέψουν μια χημική ουσία. Ορισμένες χημικές ουσίες απαιτούν 400 C (752 F) και μερικές 650 C (1202 F).
Οι επιστήμονες εισάγουν συνεχώς καύσιμο, αέρα και τη χημική ουσία που θέλουμε να εξαλείψουμε, όπως το PFOS, στο υπερκρίσιμο νερό στην κορυφή του αντιδραστήρα. Το καύσιμο παρέχει τη θερμότητα που απαιτείται για να διατηρηθεί ο συνδυασμός υπερκρίσιμος και το PFOS συνδυάζεται γρήγορα με αυτό το επιθετικό μέσο.
Συνολικά, ο χρόνος αντίδρασης είναι μικρότερος από ένα λεπτό.
Ο Novosselov είπε, «Στο κάτω μέρος του αντιδραστήρα, το μείγμα ψύχεται για να δώσει εκκένωση υγρού και αερίου. Μπορούμε να αναλύσουμε τι υπάρχει τόσο στην υγρή όσο και στην αέρια φάση για να μετρήσουμε εάν έχουμε καταστρέψει τη χημική ουσία».
Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν το ίδιο πείραμα με PFOS και PFOA. Η EPA τα ρυθμίζει και τα δύο. Διαπιστώθηκε ότι το PFOA εξαφανίζεται σε ήπιες υπερκρίσιμες συνθήκες (περίπου 400 βαθμούς C ή 750 F), αλλά το PFOS δεν το κάνει. Χρειάστηκε μέχρι να φτάσαμε στους 610 βαθμούς Κελσίου για να δούμε την καταστροφή του PFOS.
Σε αυτή τη θερμοκρασία, το PFOS και όλα τα ενδιάμεσα καταστράφηκαν - μέσα σε 30 δευτερόλεπτα.
Οι δοκιμές PFOS αποκάλυψαν ότι πολλές ενδιάμεσες ενώσεις, συμπεριλαμβανομένου του PFOA, μπορούν να αναπτυχθούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Ορισμένα από αυτά τα προϊόντα διάσπασης εμφανίστηκαν στην υγρή φάση, υποδηλώνοντας ότι τα λύματα από τις εγκαταστάσεις παραγωγής που χρησιμοποιούν μόνιμες χημικές ουσίες μπορεί να τα περιέχουν. Αλλά και άλλα ενδιάμεσα βγαίνουν στην αέρια φάση, κάτι που είναι προβληματικό επειδή οι εκπομπές αερίων δεν ρυθμίζονται συνήθως.
Novosselov είπε, «Αυτά τα μόρια περιέχουν φθόριο και γνωρίζουμε ότι αυτοί οι τύποι αερίων συμβάλλουν στα φαινόμενα του θερμοκηπίου. Αυτήν τη στιγμή, δεν έχουμε τρόπο να παρακολουθούμε τη ρύπανση των αερίων σε πραγματικό χρόνο και δεν γνωρίζουμε πόσο θα παράγαμε ή ακόμα και την ακριβή χημική τους σύνθεση».
«Έχουμε μερικά επόμενα βήματα. Χρησιμοποιήσαμε τον αντιδραστήρα για να δούμε πόσο καλά καταστρέφει άλλες για πάντα χημικές ουσίες εκτός από το PFOS και το PFOA. Αξιολογούμε επίσης πόσο καλά θα μπορούσε να λειτουργήσει αυτή η τεχνολογία για σενάρια πραγματικού κόσμου».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. Καταστροφή PFOS σε αντιδραστήρα συνεχούς οξείδωσης υπερκρίσιμου νερού. Εφημερίδα της Χημικής ΜηχανικήςΕ DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
