כימיקלים לנצח נשארים במים ובאדמה. מכיוון שהם לא מתפרקים, הם מגיעים למים ולמזון שלנו, מה שמוביל להשפעות בריאותיות כמו סרטן וירידה בפוריות.
בחודש שעבר הציעה הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית לתת שניים מהכימיקלים הנפוצים ביותר לנצח, PFOA ו-PFOS, מה שאפשר למדענים לעקוב אחריהם ולתכנן אמצעי ניקוי.
כעת צוות חוקרים ב- אוניברסיטת וושינגטון יש דרך חדשה להשמיד PFOA ו-PFOS. הם המציאו כור חדש - שמשתמש במים סופר קריטיים, שנוצרים בטמפרטורה ובלחץ גבוהים - כדי לפרק לחלוטין כימיקלים שקשה להרוס. טכנולוגיה זו עשויה לטפל במניות ישנות, כמו הכימיקלים לנצח בקצף כיבוי אש, להסיר כימיקלים מרוכזים לנצח שכבר קיימים בסביבה ולטפל בפסולת תעשייתית.
איגור נובוסלוב, פרופסור עמית למחקר UW להנדסת מכונות, אמר, "הכור שלנו בעצם מחמם מים מהר מאוד, אבל הוא מחמם מים בצורה שונה ממה שמרתיחים אותם לפסטה. בדרך כלל, כאשר אתה מעלה את הטמפרטורה, המים רותחים והופכים לאדים. משם, המים והקיטור לא מתחממים מ-100 מעלות צלזיוס (212 F).
דחיסת מים יכולה לשנות את שיווי המשקל ולקבל את נקודת הרתיחה הזו בטמפרטורות חמות בהרבה. הגדלת הלחץ יכולה להגביר את טמפרטורת הרתיחה.
המים יפסיקו בסופו של דבר לשנות מצבים מנוזל לאדים. במקום זאת, הוא מגיע לנקודה קריטית שבה המים נכנסים לשלב העל-קריטי, נקודה מובחנת מצב צבירה. מים הם לא נוזל או גז במקרה זה. הוא נופל איפשהו באמצע, והגבולות מעט מעורפלים.
אל האני מולקולות מים דומים לחלקיקים מיוננים במצב דמוי פלזמה. מולקולות מופרדות חלקית אלו מתנודדות בטמפרטורות גבוהות מאוד ובקצב מהיר מאוד. מולקולות אורגניות אינן יכולות לשרוד בסביבה כל כך אגרסיבית ומאוד קורוזיבית.
נובוסלוב אמר, "כימיקלים ששורדים לנצח במים רגילים, כמו PFOS ו-PFOA, יכולים להתפרק ב מים סופר קריטיים בקצב גבוה מאוד. אם נעמיד את התנאים הנכונים, ניתן להרוס את המולקולות הסוררות הללו, לא להשאיר תוצרי ביניים ולהניב רק חומרים בלתי מזיקים, כגון פחמן דו חמצני, מַיִם, ומלחי פלואוריד, המוספים לעתים קרובות למים עירוניים ומשחת שיניים."
"תכננו אותו במקור כדי לפרק חומרי לוחמה כימיים, שגם קשה להשמיד אותם. לקח לנו חמש שנים ליצור את הכור".
"היו שאלות משמעותיות כמו איך אנחנו שומרים על הלחץ הזה? בתוך הכור, הלחץ גבוה פי 200 מאשר בגובה פני הים. שאלה נוספת שהייתה לנו הייתה: איך אנחנו מבטיחים שהכור יתלקח ויפעל בטמפרטורה מוגדרת במצב רציף?"
כיצד פועל הכור?
הכור מכיל צינור נירוסטה עבה באורך של כמטר ובקוטר של סנטימטר. מדענים יכולים לשנות את הטמפרטורה בפנים כדי להבין כמה חם הם צריכים ללכת כדי להרוס חומר כימי. כימיקלים מסוימים דורשים 400 C (752 F), וחלקם 650 C (1202 F).
מדענים מכניסים ללא הרף דלק טייס, אוויר והכימיקל שאנו רוצים לחסל, כמו PFOS, למים העל-קריטיים בחלק העליון של הכור. הדלק מספק את החום הנדרש כדי לשמור על השילוב סופר-קריטי, וה-PFOS משתלב במהירות עם המדיום האגרסיבי הזה.
בסך הכל, זמן התגובה הוא פחות מדקה.
נובוסלוב אמר, "בתחתית הכור, התערובת מתקררת כדי להניב פריקת נוזלים וגז. אנחנו יכולים לנתח מה יש גם בשלב הנוזל וגם בשלב הגז כדי למדוד אם הרסנו את הכימיקל".
מדענים ביצעו את אותו ניסוי עם PFOS ו-PFOA. ה-EPA מסדיר את שניהם. נמצא ש-PFOA חולף בתנאים סופר-קריטיים קלים (בסביבות 400 מעלות צלזיוס או 750 F), אך PFOS לא. לקח עד שהגענו ל-610 מעלות צלזיוס (1130 F) כדי לראות את ההרס של PFOS.
בטמפרטורה זו, PFOS וכל חומרי הביניים הושמדו - תוך 30 שניות.
בדיקות PFOS גילו שמספר תרכובות ביניים, כולל PFOA, יכולות להתפתח בטמפרטורות נמוכות יותר. חלק ממוצרי הפירוק הללו הופיעו בשלב הנוזל, מה שמצביע על כך שקולחים ממתקני ייצור המשתמשים בכימיקלים קבועים עשויים להכיל אותם. אבל חומרי ביניים אחרים יוצאים בשלב הגז, וזה בעייתי מכיוון שפליטת הגז אינה מוסדרת בדרך כלל.
נובוסלוב אמר, "המולקולות האלה מכילות פלואור, ואנחנו יודעים שסוגי הגזים האלה תורמים להשפעות חממה. כרגע, אין לנו דרך לנטר את זיהום הגז בזמן אמת, ואיננו יודעים כמה היינו מייצרים או אפילו ההרכב הכימי המדויק שלהם".
"יש לנו כמה צעדים הבאים. השתמשנו בכור כדי לראות עד כמה הוא הורס כימיקלים אחרים לנצח מלבד PFOS ו-PFOA. אנו גם מעריכים עד כמה הטכנולוגיה הזו יכולה לעבוד עבור תרחישים בעולם האמיתי."
עיון ביומן:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. הרס PFOS בכור רציף לחמצון מים סופר קריטי. כתב עת להנדסה כימית. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
