Usare pentole antiaderenti per friggere uova e pancetta può semplificarti la vita in quel momento, ma gli scienziati ritengono che potrebbero esserci conseguenze a lungo termine perché le sostanze chimiche utilizzate per renderle antiaderenti sono molto difficili da distruggere. Le sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, comunemente note come PFAS e spesso chiamate sostanze chimiche per sempre, sono ovunque.
I PFAS, un insieme di migliaia di sostanze chimiche in circolazione almeno dagli anni '50, vengono utilizzati per un'ampia varietà di cose, dal protettivo antimacchia su alcuni vestiti e biancheria agli involucri alimentari degli hamburger.
Il problema è che i processi naturali sono inefficaci nel scomporre i PFAS, quindi si accumulano nell’ambiente e nel corpo, proprio come fa il polistirolo in una discarica. Gli esperti nel campo della scienza e dell'industria stanno cercando modi per prevenire il verificarsi della contaminazione da PFAS in futuro, ma mirano anche a ridurre ciò che già esiste oggi nel mondo.
Si scopre che i fasci di elettroni ad alta energia sono ottimi candidati per distruggere i PFAS nell’ambiente. I ricercatori del Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, in collaborazione con 3M, hanno dimostrato con successo che un fascio di elettroni può distruggere i due tipi più comuni di PFAS nell'acqua:PFOA e PFOS.
"Il fascio di elettroni è una tecnologia promettente per scomporre i PFAS in grandi volumi di acqua che contengono alte concentrazioni di PFAS", ha affermato il ricercatore principale del Fermilab Charlie Cooper.
Il team del Fermilab, che comprende la scienziata Slavica Grdanovska, il fisico ingegnere Yichen Ji e Cooper, ha utilizzato un acceleratore di fasci di elettroni nel laboratorio per i test. Utilizzato per i test di prova, l'acceleratore Accelerator Application Development and Demonstration, o A2D2, presso l'Illinois Accelerator Research Center nel campus del Fermilab è disponibile anche per l'industria, le università e altri laboratori federali come strumento di ricerca.
"Il fatto che stessimo lavorando con 3M, un esperto mondiale di PFAS, è stata davvero la prima volta che esperti di radiazioni ionizzanti, acceleratori di fasci di elettroni e PFAS lavoravano sullo stesso progetto", ha affermato Cooper.
I metodi convenzionali di trattamento dell’acqua, come l’osmosi inversa, il carbone attivo granulare o la resina a scambio ionico, non distruggono i PFAS; concentrano semplicemente i PFAS in una forma che successivamente richiede trattamento o smaltimento. In alcuni casi, le tecniche convenzionali di trattamento dell'acqua possono addirittura peggiorare la contaminazione ambientale.
Al contrario, il fascio di elettroni distrugge attivamente le sostanze chimiche eterne e lo fa rapidamente, consentendo di trattare un volume maggiore di acqua nello stesso lasso di tempo di altri metodi. Le molecole di PFAS sono difficili da scomporre perché contengono un legame carbonio-fluoro, che è molto forte ed è il motivo per cui i PFAS sono comunemente utilizzati nell’industria manifatturiera chimica. Ma la forza del legame C–F è anche la ragione per cui in natura non si rompono. Il fascio di elettroni, tuttavia, è molto efficace nel rompere il legame C–F.
I fasci di elettroni potrebbero essere utilizzati nei metodi pump-and-treat, un approccio comune al trattamento delle acque sotterranee, o in un impianto di produzione, trattando direttamente i flussi di rifiuti prima che lascino la struttura.
Il team del Fermilab ha utilizzato campioni di acqua contaminata da PFAS forniti da 3M e sigillati in contenitori a tenuta di gas delle dimensioni di un pennarello da lavagna. Ciascuno dei contenitori era fatto di vetro borosilicato, che non sarebbe stato influenzato in modo significativo dall'esposizione ai fasci di elettroni, e un sigillo di alluminio era fissato sul vetro con un pezzo di gomma priva di PFAS tra l'alluminio e il vetro. È stata posta la massima attenzione per garantire che non fossero presenti PFAS in nessuno dei materiali utilizzati per ospitare i campioni. Il Fermilab ha irradiato questi campioni con il fascio di elettroni e li ha rispediti alla 3M.
3M ha campionato sia lo spazio di testa, ovvero l'aria nella parte superiore del contenitore, sia il liquido per verificare che i PFAS interessati fossero stati distrutti senza rilasciare prodotti pericolosi nell'aria.
I PFAS sono prevalenti in molti settori, così come lo è la dipendenza umana da prodotti essenziali che contengono PFAS, come computer e batterie agli ioni di litio. Uno dei prodotti contenenti PFAS più problematici in termini di contaminazione ambientale è stata storicamente la schiuma acquosa filmogena, o AFFF, utilizzata per la lotta antincendio negli aeroporti e in ambito militare; è composto da PFOA e PFOS.
Quando si spruzza AFFF su un liquido, questo si sposta in superficie e spegne il fuoco impedendo all'ossigeno di raggiungerlo. Ma, se utilizzato, può penetrare nel suolo e nelle falde acquifere. L’AFFF è utilizzato da decenni negli Stati Uniti e in tutto il mondo, in gran parte dall’industria militare e aeronautica. Recentemente, sia il governo che l’industria hanno iniziato a esaminare i sostituti privi di PFAS. Le alternative, tuttavia, non esistono in molte applicazioni e sono difficili da trovare o funzionano in modo meno efficace.
Sebbene i fasci di elettroni siano molto efficaci nel scomporre interi gruppi di composti PFAS, finora non tutti i composti sono stati testati. I ricercatori hanno scoperto che tutti i composti PFAS che l’Environmental Protection Agency degli Stati Uniti sta attualmente valutando di regolamentare nell’acqua potabile sono stati effettivamente distrutti dalla tecnologia del fascio di elettroni. Ma potrebbero esserci tipi di PFAS che un fascio di elettroni non può distruggere.
La ricerca continua su più fronti per trovare alternative ai PFAS. Allo stesso tempo, i leader della scienza e dell’industria continueranno a cercare e migliorare i metodi per sradicare per sempre queste sostanze chimiche dall’ambiente. Il Fermilab e la sua tecnologia a fascio di elettroni sono in prima linea in questa ricerca.
Fornito da Fermi National Accelerator Laboratory
