Selamanya bahan kimia bertahan di air dan tanah. Karena mereka tidak rusak, mereka berakhir di air dan makanan kita, yang menyebabkan efek kesehatan seperti kanker, dan penurunan kesuburan.
Bulan lalu, Badan Perlindungan Lingkungan AS mengusulkan untuk memberikan dua bahan kimia selamanya yang paling umum, PFOA dan PFOS, yang memungkinkan para ilmuwan untuk melacaknya dan merencanakan tindakan pembersihan.
Sekarang tim peneliti di Universitas Washington memiliki cara baru untuk menghancurkan PFOA dan PFOS. Mereka datang dengan reaktor baru - yang menggunakan air superkritis, yang terbentuk pada suhu dan tekanan tinggi - untuk memecah bahan kimia yang sulit dihancurkan sepenuhnya. Teknologi ini dapat mengolah stok lama, seperti bahan kimia selamanya dalam busa pemadam kebakaran, menghilangkan bahan kimia pekat selamanya yang sudah ada di lingkungan, dan mengolah limbah industri.
Igor Novosselov, seorang profesor penelitian teknik mesin UW, mengatakan, “Reaktor kami pada dasarnya memanaskan air dengan sangat cepat, tetapi memanaskan air secara berbeda dari saat Anda merebusnya untuk pasta. Biasanya, saat Anda menaikkan suhu, air mendidih dan berubah menjadi uap. Dari sana, air dan uap tidak menjadi lebih panas dari 100 derajat Celcius (212 F).
Memampatkan air dapat menggeser keseimbangan itu dan mendapatkan titik didih itu pada suhu yang jauh lebih panas. Peningkatan tekanan dapat meningkatkan suhu didih.
Air pada akhirnya akan berhenti mengubah keadaan dari cair menjadi uap. Sebaliknya, ia mencapai titik kritis di mana air memasuki fase superkritis, yang berbeda keadaan materi. Air bukanlah cairan atau gas dalam hal ini. Itu jatuh di suatu tempat di tengah, dan batas-batasnya agak kabur.
Grafik molekul air menyerupai partikel terionisasi dalam keadaan seperti plasma. Molekul yang terpisah sebagian ini berosilasi pada suhu yang sangat tinggi dan kecepatan yang sangat cepat. Molekul organik tidak dapat bertahan hidup dalam lingkungan yang agresif dan sangat korosif.
Novosselov berkata, “Bahan kimia yang bertahan selamanya di air biasa, seperti PFOS dan PFOA, dapat dipecah dalam air superkritis pada tingkat yang sangat tinggi. Jika kita mendapatkan kondisi yang tepat, molekul bandel ini dapat dihancurkan, tidak meninggalkan produk antara dan hanya menghasilkan zat yang tidak berbahaya, seperti karbon dioksida, air, dan garam fluoride, sering ditambahkan ke air kota dan pasta gigi.”
“Kami awalnya merancangnya untuk menghancurkan agen perang kimia, yang juga sulit dihancurkan. Kami membutuhkan waktu lima tahun untuk membuat reaktor tersebut.”
“Ada pertanyaan penting seperti, bagaimana kita menjaga hal-hal pada tekanan itu? Di dalam reaktor, tekanannya 200 kali lebih tinggi daripada di permukaan laut. Pertanyaan lain yang kami miliki adalah: Bagaimana kami memastikan bahwa reaktor menyala dan beroperasi pada suhu yang ditentukan dalam mode kontinu?”
Bagaimana cara kerja reaktor?
Reaktor berisi pipa baja tahan karat tebal dengan panjang sekitar satu kaki dan diameter satu inci. Para ilmuwan dapat memvariasikan suhu di dalam untuk mengetahui seberapa panas yang mereka butuhkan untuk menghancurkan bahan kimia. Beberapa bahan kimia membutuhkan 400 C (752 F), dan beberapa 650 C (1202 F).
Para ilmuwan terus-menerus memperkenalkan bahan bakar pilot, udara, dan bahan kimia yang ingin kita hilangkan, seperti PFOS, ke dalam air superkritis di bagian atas reaktor. Bahan bakar menyediakan panas yang dibutuhkan untuk menjaga agar kombinasi tetap superkritis, dan PFOS dengan cepat bergabung dengan media agresif ini.
Secara keseluruhan, waktu reaksi kurang dari satu menit.
Novosselov berkata, “Di bagian bawah reaktor, campuran didinginkan untuk menghasilkan pelepasan cairan dan gas. Kami dapat menganalisis apa yang ada di fase cair dan gas untuk mengukur apakah kami telah menghancurkan bahan kimia tersebut.”
Para ilmuwan melakukan percobaan yang sama dengan PFOS dan PFOA. EPA mengatur keduanya. Ditemukan bahwa PFOA hilang pada kondisi superkritis ringan (sekitar 400 derajat C atau 750 F), tetapi PFOS tidak. Butuh waktu hingga kami mencapai 610 derajat C (1130 F) untuk melihat penghancuran PFOS.
Pada suhu itu, PFOS dan semua zat antara dihancurkan — dalam hitungan 30 detik.
Tes PFOS mengungkapkan bahwa beberapa senyawa antara, termasuk PFOA, dapat berkembang pada suhu yang lebih rendah. Beberapa produk penguraian ini muncul dalam fase cair, menunjukkan bahwa limbah dari fasilitas manufaktur yang menggunakan bahan kimia permanen mungkin mengandungnya. Tetapi zat antara lainnya keluar dalam fase gas, yang bermasalah karena emisi gas biasanya tidak diatur.
Novosselov tersebut, “Molekul-molekul ini mengandung fluor, dan kami tahu jenis gas ini berkontribusi pada efek rumah kaca. Saat ini, kami tidak memiliki cara untuk memantau polusi gas secara real-time, dan kami tidak tahu berapa banyak yang akan kami hasilkan atau bahkan komposisi kimianya yang tepat.”
“Kami memiliki beberapa langkah selanjutnya. Kami telah menggunakan reaktor untuk melihat seberapa baik ia menghancurkan bahan kimia selamanya selain PFOS dan PFOA. Kami juga menilai seberapa baik teknologi ini dapat bekerja untuk skenario dunia nyata.”
Referensi Jurnal:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, dkk. Penghancuran PFOS dalam reaktor oksidasi air superkritis berkelanjutan. Jurnal Teknik Kimia. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
