For alltid kjemikalier vedvarer i vann og jord. Siden de ikke brytes ned, havner de i vannet og maten vårt, noe som fører til helseeffekter som kreft og redusert fruktbarhet.
Forrige måned foreslo U.S. Environmental Protection Agency å gi to av de vanligste evigvarende kjemikaliene, PFOA og PFOS, som gjorde det mulig for forskere å spore dem og planlegge oppryddingstiltak.
Nå er et team av forskere ved University of Washington har en ny måte å ødelegge PFOA og PFOS på. De kom opp med en ny reaktor - som bruker superkritisk vann, som dannes ved høy temperatur og trykk - for å bryte ned kjemikalier som er vanskelig å ødelegge fullstendig. Denne teknologien kan behandle gamle bestander, for eksempel evigvarende kjemikalier i brannslukningsskum, fjerne konsentrerte evigvarende kjemikalier som allerede finnes i miljøet, og behandle industriavfall.
Igor Novosselov, en UW forskningslektor i maskinteknikk, sa: «Reaktoren vår varmer i utgangspunktet vann veldig raskt, men den varmer opp vannet annerledes enn når du koker det til pasta. Vanligvis, når du øker temperaturen, koker vannet og blir til damp. Derfra blir vannet og dampen ikke varmere enn 100 grader Celsius (212 F).»
Komprimering av vann kan endre den likevekten og få det kokepunktet ved mye varmere temperaturer. Økning av trykket kan øke koketemperaturen.
Vannet vil til slutt slutte å endre tilstand fra væske til damp. I stedet når det et kritisk punkt der vann går inn i den superkritiske fasen, et distinkt når det gjelder. Vann er ikke en væske eller en gass i dette tilfellet. Det faller et sted i midten, og grensene er litt tåkete.
De vannmolekyler ligner ioniserte partikler i plasmalignende tilstand. Disse delvis separerte molekylene oscillerer ved svært høye temperaturer og svært høye hastigheter. Organiske molekyler kan ikke overleve i et så aggressivt og sterkt etsende miljø.
Novosselov sa: "Kjemikalier som overlever for alltid i normalt vann, som PFOS og PFOA, kan brytes ned i superkritisk vann til en veldig høy hastighet. Får vi forholdene til rette, kan disse gjenstridige molekylene bli ødelagt, og etterlate ingen mellomprodukter og kun gi ufarlige stoffer, som f.eks. karbondioksid, Vann, og fluorsalter, ofte tilsatt kommunalt vann og tannkrem.»
"Vi designet den opprinnelig for å bryte ned kjemiske krigføringsmidler, som også er vanskelige å ødelegge. Det tok oss fem år å lage reaktoren.»
"Det var viktige spørsmål som, hvordan holder vi ting på det trykket? Inne i reaktoren er trykket 200 ganger høyere enn ved havnivå. Et annet spørsmål vi hadde var: Hvordan sikrer vi at reaktoren antennes og opererer ved en bestemt temperatur i kontinuerlig modus?»
Hvordan fungerer reaktoren?
Reaktoren inneholder et tykt rør av rustfritt stål som er omtrent en fot langt og en tomme i diameter. Forskere kan variere temperaturen inne for å finne ut hvor varmt de må gå for å ødelegge et kjemikalie. Noen kjemikalier krever 400 C (752 F), og noen 650 C (1202 F).
Forskere introduserer kontinuerlig pilotdrivstoff, luft og kjemikaliet vi ønsker å eliminere, som PFOS, i det superkritiske vannet på toppen av reaktoren. Drivstoffet gir varmen som kreves for å holde kombinasjonen superkritisk, og PFOS kombineres raskt med dette aggressive mediet.
Totalt sett er reaksjonstiden mindre enn ett minutt.
Novosselov sa: «I bunnen av reaktoren kjøles blandingen ned for å gi både væske- og gassutslipp. Vi kan analysere hva som er i både væske- og gassfasen for å måle om vi har ødelagt kjemikaliet."
Forskere utførte det samme eksperimentet med PFOS og PFOA. EPA regulerer dem begge. Det ble funnet at PFOA forsvinner ved milde superkritiske forhold (rundt 400 grader C eller 750 F), men PFOS gjør det ikke. Det tok før vi nådde 610 grader C (1130 F) å se ødeleggelsen av PFOS.
Ved den temperaturen ble PFOS og alle mellomprodukter ødelagt - i løpet av 30 sekunder.
PFOS-tester viste at flere mellomliggende forbindelser, inkludert PFOA, kan utvikles ved lavere temperaturer. Noen av disse nedbrytningsproduktene dukket opp i væskefasen, noe som tyder på at avløp fra produksjonsanlegg som bruker permanente kjemikalier kan inneholde dem. Men andre mellomprodukter kommer ut i gassfasen, noe som er problematisk fordi gassutslipp vanligvis ikke er regulert.
Novosselov sa, «Disse molekylene inneholder fluor, og vi vet at disse typer gasser bidrar til drivhuseffekter. Akkurat nå har vi ingen måte å overvåke gassforurensningen på i sanntid, og vi vet ikke hvor mye vi vil produsere eller til og med deres nøyaktige kjemiske sammensetning.»
"Vi har noen neste steg. Vi har brukt reaktoren for å se hvor godt den ødelegger andre evige kjemikalier foruten PFOS og PFOA. Vi vurderer også hvor godt denne teknologien kan fungere for scenarier i den virkelige verden.»
Tidsreferanse:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. PFOS-destruksjon i en kontinuerlig superkritisk vannoksidasjonsreaktor. Chemical Engineering Journal. GJØR JEG: 10.1016/j.cej.2022.139063
