Nemrégiben az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége közzétette a két leggyakoribb örökkévaló vegyi anyag, a PFOA és a PFOS összetételét. Ez lehetővé tette a tudósok számára, hogy nyomon kövessék őket és megtervezzék a tisztítási intézkedéseket.
A Washingtoni Egyetem (UW) kutatócsoportja pedig új módszert dolgozott ki a PFOA és a PFOS megsemmisítésére, amelyről a Chemical Engineering Journal című folyóiratban jelent meg ismertetés.
Egy új reaktorral álltak elő - amely a magas hőmérsékleten és nyomáson képződő szuperkritikus állapotban lévő vizet használja -, hogy a nehezen megsemmisíthető vegyi anyagokat teljesen lebontsa. Ezzel a technológiával régi készleteket, például a tűzoltóhabban lévő örökkévaló vegyi anyagokat lehet kezelni, a környezetben már jelen lévő koncentrált örökkévaló vegyi anyagokat eltávolítani, és az ipari hulladékot megszabadítani ezektől a vegyületektől.
Igor Novosselov, az UW gépészmérnöki karának kutató docense kifejtette: "A reaktorunk alapvetően nagyon gyorsan melegíti a vizet, de ezt másképpen teszi, mint amikor tésztafőzéshez forraljuk fel. Általában, amikor megemeljük a hőmérsékletet, a víz felforr és gőzzé válik. Onnan kezdve a víz és a gőz nem melegszik 100 Celsius-foknál melegebbre."
A víz összenyomásával ez az egyensúly eltolódhat, és a forráspont sokkal magasabb hőmérsékleten érhető el. A nyomás növelése emelheti a forráshőmérsékletet. A víz végül nem fog többé folyadékból gőzzé válni. Ehelyett eléri a kritikus pontot, ahol a víz belép a szuperkritikus fázisba, az anyag egy különálló állapotába. A víz ebben az esetben nem folyadék vagy gáz. Valahol középen helyezkedik el, és a határok kissé homályosak.
A vízmolekulák ionizált részecskékhez hasonlítanak, amelyek plazmaszerű állapotban vannak. Ezek a részben elvált molekulák nagyon magas hőmérsékleten és nagyon nagy sebességgel oszcillálnak. A szerves molekulák nem tudnak életben maradni egy ilyen agresszív és erősen korrodáló környezetben.
Novosselov elmondta: "A normál vízben örökké fennmaradó vegyi anyagok, mint például a PFOS és a PFOA, a szuperkritikus vízben nagyon nagy sebességgel lebomlanak. Ha megfelelő feltételeket teremtünk, ezek a molekulák elpusztíthatók, nem hagynak maguk után köztes termékeket, és csak ártalmatlan anyagok keletkeznek, például szén-dioxid, víz és fluorid-sók, amelyeket gyakran adnak a kommunális vízhez és a fogkrémekhez. Eredetileg arra terveztük a reaktort, hogy lebontsa a harci vegyi anyagokat, amelyeket szintén nehéz megsemmisíteni. Öt évünkbe telt, mire elkészítettük a berendezést."
A kutató arról is beszélt, hogy különféle jelentős problémákat kellett megoldaniuk. "Például azt, hogy miként tartsuk a dolgokat ilyen magas nyomáson? A reaktor belsejében a nyomás 200-szor nagyobb, mint a tengerszinten. Egy másik kérdésünk az volt: Hogyan biztosítsuk, hogy a reaktor 'begyulladjon' és a kijelölt hőmérsékleten, folyamatos üzemmódban működjön?"
A reaktor egy vastag, rozsdamentes acélcsövet tartalmaz, amely körülbelül egy láb hosszú és egy hüvelyk átmérőjű. A tudósok változtathatják a benne lévő hőmérsékletet, hogy kitalálják, milyen forróságra van szükségük egy vegyi anyag elpusztításához. Egyes vegyi anyagoknak 400 Celsius fok, másoknak pedig 650 Celsius fok hőmérsékletre van szükségük.
A tudósok a reaktor tetején lévő szuperkritikus vízbe folyamatosan kísérleti üzemanyagot, levegőt és a megsemmisíteni kívánt vegyi anyagot, például PFOS-t juttatnak. Az üzemanyag gondoskodik a kombináció szuperkritikus állapotban tartásához szükséges hőről, a PFOS pedig gyorsan egyesül ezzel az agresszív közeggel. Összességében a reakcióidő kevesebb, mint egy perc.
"A reaktor alján a keveréket lehűtik, hogy folyékony és gáznemű kiáramlás is keletkezzen. Elemezhetjük, hogy mi van mind a folyékony, mind a gázfázisban, hogy mérni tudjuk, megsemmisítettük-e a vegyi anyagot" - mondta Novosselov.
A tudósok ugyanazt a kísérletet végezték el a PFOS és a PFOA anyagokkal. Az EPA mindkettőt szabályozza. Megállapították, hogy a PFOA enyhe szuperkritikus körülmények között (kb. 400 Celsius fokon eltűnik, de a PFOS nem. Egészen 610 Celsius fokig kellett várni, hogy a PFOS is lebomoljon. Ezen a hőmérsékleten a PFOS és az összes köztes termék megsemmisült, mindössze 30 másodperc alatt - számolt be a TechExplorist.
A PFOS-vizsgálatok kimutatták, hogy számos köztes vegyület, köztük a PFOA, alacsonyabb hőmérsékleten is kialakulhat. E bomlástermékek közül néhány a folyékony fázisban jelent meg, ami arra utal, hogy a tartós vegyi anyagokat használó gyártóüzemek szennyvize tartalmazhatja őket. Más köztes termékek azonban gázfázisban bukkannak fel, ami azért problémás, mert a gázkibocsátás jellemzően nem szabályozott.
"Ezek a molekulák fluort tartalmaznak, és tudjuk, hogy az ilyen típusú gázok hozzájárulnak az üvegházhatáshoz. Jelenleg nincs módunk arra, hogy valós időben nyomon kövessük a gázszennyezést, és nem tudjuk, hogy mennyit termelnénk, vagy akár a pontos kémiai összetételüket sem. Van néhány következő lépésünk. A reaktort arra használjuk, hogy megnézzük, mennyire jól pusztít el a PFOS és PFOA mellett más örökkévaló vegyi anyagokat is. Azt is felmérjük, hogy ez a technológia mennyire működhetne valós forgatókönyvek esetén" - ismertette Novosselov a további kutatási elképzeléseket.
