Los productos químicos persisten para siempre en el agua y el suelo. Como no se descomponen, terminan en el agua y los alimentos, lo que provoca efectos en la salud como el cáncer y la disminución de la fertilidad.
El mes pasado, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. propuso proporcionar dos de los productos químicos permanentes más comunes, PFOA y PFOS, lo que permitió a los científicos rastrearlos y planificar medidas de limpieza.
Ahora, un equipo de investigadores del Universidad de Washington tiene una nueva forma de destruir PFOA y PFOS. Se les ocurrió un nuevo reactor, que utiliza agua supercrítica, que se forma a alta temperatura y presión, para descomponer por completo los productos químicos difíciles de destruir. Esta tecnología puede tratar las existencias antiguas, como los productos químicos para siempre en la espuma contra incendios, eliminar los productos químicos para siempre concentrados que ya están presentes en el medio ambiente y tratar los desechos industriales.
Igor Novosselov, profesor asociado de investigación de ingeniería mecánica de la UW, dijo: “Nuestro reactor básicamente calienta el agua muy rápido, pero la calienta de manera diferente a cuando la hierves para hacer pasta. Por lo general, cuando aumenta la temperatura, el agua hierve y se convierte en vapor. A partir de ahí, el agua y el vapor no superan los 100 grados Celsius (212 F)”.
Comprimir agua puede cambiar ese equilibrio y obtener ese punto de ebullición a temperaturas mucho más altas. El aumento de la presión puede aumentar la temperatura de ebullición.
El agua eventualmente dejará de cambiar de estado de líquido a vapor. En cambio, alcanza un punto crítico en el que el agua entra en la fase supercrítica, una fase distinta Estado de la materia. El agua no es un líquido o un gas en este caso. Cae en algún lugar en el medio, y los límites son un poco confusos.
El moléculas de agua parecen partículas ionizadas en un estado similar al plasma. Estas moléculas parcialmente separadas oscilan a temperaturas muy altas y velocidades muy rápidas. Las moléculas orgánicas no pueden sobrevivir en un ambiente tan agresivo y altamente corrosivo.
Novosselov dijo, “Las sustancias químicas que sobreviven para siempre en agua normal, como PFOS y PFOA, se pueden descomponer en agua supercrítica a un ritmo muy alto. Si tenemos las condiciones adecuadas, estas moléculas recalcitrantes pueden destruirse, sin dejar productos intermedios y produciendo solo sustancias inofensivas, como dióxido de carbono, aguay sales de fluoruro, a menudo añadidas al agua municipal y a la pasta de dientes”.
“Originalmente lo diseñamos para descomponer los agentes de guerra química, que también son difíciles de destruir. Nos tomó cinco años hacer el reactor”.
“Hubo preguntas importantes como, ¿cómo mantenemos las cosas a esa presión? Dentro del reactor, la presión es 200 veces mayor que al nivel del mar. Otra pregunta que tuvimos fue: ¿Cómo nos aseguramos de que el reactor se encienda y funcione a una temperatura designada en modo continuo?
¿Cómo funciona el reactor?
El reactor contiene una gruesa tubería de acero inoxidable de aproximadamente un pie de largo y una pulgada de diámetro. Los científicos pueden variar la temperatura en el interior para determinar qué tan caliente deben estar para destruir un químico. Algunos productos químicos requieren 400 C (752 F) y algunos 650 C (1202 F).
Los científicos introducen continuamente combustible piloto, aire y el químico que deseamos eliminar, como PFOS, en el agua supercrítica en la parte superior del reactor. El combustible proporciona el calor necesario para mantener la combinación supercrítica y el PFOS se combina rápidamente con este medio agresivo.
En general, el tiempo de reacción es inferior a un minuto.
Novosselov dijo, “En el fondo del reactor, la mezcla se enfría para producir una descarga tanto de líquido como de gas. Podemos analizar lo que hay tanto en la fase líquida como en la gaseosa para medir si hemos destruido la sustancia química”.
Los científicos realizaron el mismo experimento con PFOS y PFOA. La EPA los regula a ambos. Se descubrió que el PFOA desaparece en condiciones supercríticas leves (alrededor de 400 grados C o 750 F), pero el PFOS no. Tomó hasta que alcanzamos los 610 grados C (1130 F) para ver la destrucción de PFOS.
A esa temperatura, el PFOS y todos los intermediarios fueron destruidos en cuestión de 30 segundos.
Las pruebas de PFOS revelaron que varios compuestos intermedios, incluido el PFOA, pueden desarrollarse a temperaturas más bajas. Algunos de estos productos de descomposición surgieron en la fase líquida, lo que sugiere que los efluentes de las instalaciones de fabricación que utilizan productos químicos permanentes pueden contenerlos. Pero otros productos intermedios están surgiendo en la fase gaseosa, lo cual es problemático porque las emisiones de gas no suelen estar reguladas.
Novosélov dijo, “Estas moléculas contienen flúor y sabemos que este tipo de gases contribuyen al efecto invernadero. En este momento, no tenemos una forma de monitorear la contaminación del gas en tiempo real, y no sabemos cuánto produciríamos o incluso su composición química exacta”.
“Tenemos algunos próximos pasos. Hemos estado usando el reactor para ver qué tan bien destruye otros químicos para siempre además de PFOS y PFOA. También evaluamos qué tan bien podría funcionar esta tecnología en escenarios del mundo real”.
Referencia de la revista:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. Destrucción de PFOS en un reactor de oxidación continua con agua supercrítica. Revista de Ingeniería Química. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
