Kemikalije za vedno ostanejo v vodi in zemlji. Ker se ne razgradijo, končajo v naši vodi in hrani, kar povzroči zdravstvene posledice, kot je rak, in zmanjšano plodnost.
Prejšnji mesec je Agencija ZDA za varstvo okolja predlagala dodelitev dveh najpogostejših kemikalij za vedno, PFOA in PFOS, kar je znanstvenikom omogočilo sledenje in načrtovanje čistilnih ukrepov.
Zdaj skupina raziskovalcev na Univerza v Washingtonu ima nov način za uničenje PFOA in PFOS. Izdelali so nov reaktor – ki uporablja superkritično vodo, ki nastane pri visoki temperaturi in tlaku – za popolno razgradnjo kemikalij, ki jih je težko uničiti. Ta tehnologija lahko obdela stare zaloge, kot so kemikalije za vedno v gasilni peni, odstrani koncentrirane kemikalije za vedno, ki so že prisotne v okolju, in obdela industrijske odpadke.
Igor Novosselov, znanstveni izredni profesor strojništva na UW, je dejal, »Naš reaktor v bistvu zelo hitro segreje vodo, vendar jo segreje drugače kot takrat, ko jo zavrete za testenine. Običajno, ko zvišate temperaturo, voda zavre in se spremeni v paro. Od tam se voda in para ne segrejeta nad 100 stopinj Celzija (212 F).«
Stiskanje vode lahko premakne to ravnovesje in doseže to vrelišče pri veliko višjih temperaturah. Povečanje tlaka lahko poveča temperaturo vrelišča.
Voda bo sčasoma prenehala spreminjati stanja iz tekočine v paro. Namesto tega doseže kritično točko, kjer voda preide v superkritično fazo, kar je izrazito stanje snovi. Voda v tem primeru ni tekočina ali plin. Pade nekje na sredino, meje pa so malo meglene.
O molekule vode spominjajo na ionizirane delce v stanju, podobnem plazmi. Te delno ločene molekule nihajo pri zelo visokih temperaturah in zelo hitro. Organske molekule ne morejo preživeti v tako agresivnem in zelo korozivnem okolju.
Novoselov je rekel "Kemikalije, ki večno preživijo v običajni vodi, kot sta PFOS in PFOA, se lahko razgradijo v superkritična voda po zelo visoki stopnji. Če imamo prave pogoje, lahko te neposlušne molekule uničimo, pri čemer ne ostanejo vmesni produkti in proizvedejo samo neškodljive snovi, kot je npr. ogljikov dioksid, vode, in fluoridne soli, ki se pogosto dodajajo komunalni vodi in zobni pasti.”
»Prvotno smo ga zasnovali za razgradnjo kemičnih bojnih sredstev, ki jih je tudi težko uničiti. Za izdelavo reaktorja smo potrebovali pet let.«
»Bila so pomembna vprašanja, kot je, kako vzdržujemo stvari pod takim pritiskom? V notranjosti reaktorja je tlak 200-krat višji kot na morski gladini. Drugo vprašanje, ki smo ga imeli, je bilo: Kako zagotovimo, da se reaktor vžge in deluje pri določeni temperaturi v neprekinjenem načinu?
Kako deluje reaktor?
Reaktor vsebuje debelo cev iz nerjavečega jekla, dolgo približno en čevelj in premer palca. Znanstveniki lahko spreminjajo notranjo temperaturo, da ugotovijo, kako vroče morajo biti, da uničijo kemikalijo. Nekatere kemikalije potrebujejo 400 C (752 F), nekatere pa 650 C (1202 F).
Znanstveniki nenehno vnašajo pilotno gorivo, zrak in kemikalijo, ki jo želimo odstraniti, kot je PFOS, v superkritično vodo na vrhu reaktorja. Gorivo zagotavlja toploto, potrebno za ohranjanje superkritične kombinacije, PFOS pa se hitro poveže s tem agresivnim medijem.
Na splošno je reakcijski čas krajši od minute.
Novoselov je rekel »Na dnu reaktorja se zmes ohladi, da nastane tako tekočina kot plin. Lahko analiziramo, kaj je v tekoči in plinasti fazi, da izmerimo, ali smo uničili kemikalijo.«
Znanstveniki so izvedli enak poskus s PFOS in PFOA. EPA ureja oboje. Ugotovljeno je bilo, da PFOA izgine pri blagih superkritičnih pogojih (okoli 400 stopinj C ali 750 F), PFOS pa ne. Trajalo je, dokler nismo dosegli 610 stopinj C (1130 F), da smo videli uničenje PFOS.
Pri tej temperaturi so bili PFOS in vsi intermediati uničeni - v nekaj 30 sekundah.
Testi PFOS so pokazali, da se lahko več vmesnih spojin, vključno s PFOA, razvije pri nižjih temperaturah. Nekateri od teh razgradnih produktov so se pojavili v tekoči fazi, kar nakazuje, da jih lahko vsebujejo odplake iz proizvodnih obratov, v katerih se uporabljajo trajne kemikalije. Toda drugi intermediati izhajajo v plinski fazi, kar je problematično, ker emisije plinov običajno niso regulirane.
Novoselov je dejal, »Te molekule vsebujejo fluor in vemo, da te vrste plinov prispevajo k učinkom tople grede. Trenutno nimamo načina, da bi spremljali onesnaženje s plinom v realnem času, in ne vemo, koliko bi ga proizvedli ali niti njihove natančne kemične sestave.«
"Imamo nekaj naslednjih korakov. Reaktor smo uporabljali, da bi videli, kako dobro uničuje druge za vedno kemikalije poleg PFOS in PFOA. Ocenjujemo tudi, kako dobro bi lahko ta tehnologija delovala v realnih scenarijih.«
Referenca dnevnika:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. Uničenje PFOS v reaktorju za kontinuirano superkritično vodno oksidacijo. Časopis za kemijsko tehniko. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
