Para sempre, os produtos químicos persistem na água e no solo. Como eles não se decompõem, acabam em nossa água e alimentos, levando a efeitos na saúde, como câncer e diminuição da fertilidade.
No mês passado, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA propôs dar dois dos produtos químicos mais comuns para sempre, PFOA e PFOS, o que permitiu aos cientistas rastreá-los e planejar medidas de limpeza.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Washington tem uma nova maneira de destruir PFOA e PFOS. Eles criaram um novo reator - que usa água supercrítica, que é formada em alta temperatura e pressão - para quebrar completamente os produtos químicos difíceis de destruir. Essa tecnologia pode tratar estoques antigos, como os produtos químicos permanentes em espuma de combate a incêndios, remover produtos químicos permanentes concentrados já presentes no meio ambiente e tratar resíduos industriais.
Igor Novosselov, professor associado de pesquisa da UW de engenharia mecânica, disse: “Nosso reator basicamente aquece a água muito rápido, mas aquece a água de maneira diferente do que quando você a ferve para fazer macarrão. Normalmente, quando você aumenta a temperatura, a água ferve e se transforma em vapor. A partir daí, a água e o vapor não ficam mais quentes que 100 graus Celsius (212 F).”
A compressão da água pode alterar esse equilíbrio e obter esse ponto de ebulição em temperaturas muito mais quentes. Aumentar a pressão pode aumentar a temperatura de ebulição.
A água acabará por parar de mudar de estado de líquido para vapor. Em vez disso, atinge um ponto crítico onde a água entra na fase supercrítica, um Estado da matéria. A água não é um líquido ou um gás neste caso. Ele cai em algum lugar no meio, e os limites são um pouco nebulosos.
A moléculas de água assemelham-se a partículas ionizadas em um estado semelhante ao plasma. Essas moléculas parcialmente separadas oscilam a temperaturas muito altas e taxas muito rápidas. Moléculas orgânicas não podem sobreviver em um ambiente tão agressivo e altamente corrosivo.
Novosselov disse, “Os produtos químicos que sobrevivem para sempre em água normal, como PFOS e PFOA, podem ser decompostos em água supercrítica a uma taxa muito alta. Se conseguirmos as condições certas, essas moléculas recalcitrantes podem ser destruídas, não deixando produtos intermediários e produzindo apenas substâncias inofensivas, como gás carbônico, água, e sais de flúor, muitas vezes adicionados à água e pasta de dente municipais.”
“Nós originalmente o projetamos para quebrar agentes de guerra química, que também são difíceis de destruir. Levamos cinco anos para fazer o reator.”
“Havia perguntas significativas, como: como mantemos as coisas nessa pressão? Dentro do reator, a pressão é 200 vezes maior do que no nível do mar. Outra pergunta que tivemos foi: Como garantimos que o reator acenda e opere a uma temperatura designada em modo contínuo?”
Como funciona o reator?
O reator contém um tubo grosso de aço inoxidável com cerca de 400 centímetros de comprimento e 752 centímetros de diâmetro. Os cientistas podem variar a temperatura interna para descobrir o quão quente eles precisam ir para destruir um produto químico. Alguns produtos químicos requerem 650 C (1202 F) e alguns XNUMX C (XNUMX F).
Os cientistas introduzem continuamente combustível piloto, ar e o produto químico que desejamos eliminar, como PFOS, na água supercrítica no topo do reator. O combustível fornece o calor necessário para manter a combinação supercrítica, e o PFOS combina rapidamente com esse meio agressivo.
No geral, o tempo de reação é inferior a um minuto.
Novosselov disse, “No fundo do reator, a mistura é resfriada para produzir tanto a descarga de líquido quanto de gás. Podemos analisar o que está nas fases líquida e gasosa para medir se destruímos o produto químico.”
Os cientistas realizaram o mesmo experimento com PFOS e PFOA. A EPA regula os dois. Verificou-se que o PFOA desaparece em condições supercríticas amenas (cerca de 400 graus C ou 750 F), mas o PFOS não. Demorou até chegarmos a 610 graus C (1130 F) para ver a destruição de PFOS.
A essa temperatura, o PFOS e todos os intermediários foram destruídos – em questão de 30 segundos.
Testes de PFOS revelaram que vários compostos intermediários, incluindo o PFOA, podem se desenvolver em temperaturas mais baixas. Alguns desses produtos de degradação surgiram na fase líquida, sugerindo que efluentes de instalações de fabricação que usam produtos químicos permanentes podem contê-los. Mas outros intermediários estão saindo na fase gasosa, o que é problemático porque as emissões de gases não são normalmente regulamentadas.
Novosselov dito, “Essas moléculas contêm flúor e sabemos que esses tipos de gases contribuem para o efeito estufa. No momento, não temos como monitorar a poluição do gás em tempo real e não sabemos quanto produziríamos ou mesmo sua composição química exata.”
“Temos alguns próximos passos. Estamos usando o reator para ver como ele destrói outros produtos químicos para sempre além de PFOS e PFOA. Também avaliamos o quão bem essa tecnologia pode funcionar para cenários do mundo real.”
Jornal de referência:
- Joanna Li, Igor V. Novosselov, et al. Destruição de PFOS em um reator de oxidação de água supercrítica contínua. Revista de Engenharia Química. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
