Senza saperlo, la maggior parte degli americani si affida ogni giorno a una classe di sostanze chimiche chiamate sostanze per- e polifluoroalchiliche, o PFAS. Questi materiali artificiali hanno qualità uniche che li rendono estremamente utili. Respingono sia l'acqua che il grasso, quindi si trovano negli imballaggi alimentari, tessuto impermeabile, tappeti e pittura murale.

I PFAS sono utili anche quando le cose si surriscaldano. I consumatori apprezzano questa proprietà nelle padelle antiaderenti. Le agenzie governative e l'industria li usano da decenni per spegnere gli incendi negli aeroporti e nei depositi di carburante.

Però, l'uso diffuso di PFAS ha portato a un'ampia contaminazione dei sistemi idrici pubblici. Oggi, queste sostanze possono essere trovate nel siero sanguigno di quasi tutti i residenti negli Stati Uniti. L'esposizione ai PFAS è stata collegata al cancro ai reni e ai testicoli, oltre che evolutivo, immune, ormonali e altri problemi di salute.

Ma rimuoverli dall'ambiente non è facile. I legami chimici tra fluoro e carbonio – la spina dorsale delle molecole PFAS – sono estremamente forti. I PFAS possono essere rimossi dall'acqua filtrandoli, ma i filtri usati devono essere smaltiti successivamente, e lo smaltimento in discarica trasferisce solo il problema in un'altra posizione. La migliore soluzione al problema è abbattere completamente i PFAS - e su questo punto, stiamo facendo progressi.

Pulizia elettrochimica dell'acqua

Gli studi hanno dimostrato che un metodo chiamato ossidazione elettrochimica è un modo efficace per rimuovere i PFAS dalle acque reflue. Funziona facendo passare una corrente elettrica continua tra gli elettrodi, che sono piastre metalliche conduttive. Quando la tensione è sufficientemente alta, Le molecole PFAS cedono un elettrone all'elettrodo positivo. Questo avvia una reazione a catena che trasforma i PFAS in anidride carbonica e fluoruro.

Questo processo è relativamente facile in un laboratorio, ma realizzarlo su scala di campo è una sfida completamente diversa. Tipicamente, l'obiettivo sarebbe quello di rimuovere i PFAS che si sono riversati e si sono inzuppati nella terra, contaminare le acque sotterranee.

Possiamo pompare le acque sotterranee contaminate fino alla superficie e attraverso un reattore, ma la maggior parte dei contaminanti che contengono carbonio, inclusi alcuni dei numerosi tipi di molecole PFAS, si attaccano al suolo e vengono rilasciati solo lentamente. Possono essere necessari anni o addirittura decenni di pompaggio per trattare una vasta zona contaminata. Gli approcci che trattano i contaminanti nel sottosuolo invece di pomparli in superficie sono spesso più economici.

In una ricerca passata in un ex deposito di munizioni a Pueblo, Colorado, abbiamo dimostrato che era possibile trattare le acque sotterranee contaminate da esplosivi facendole passare attraverso una barriera elettrolitica. Per fare questo, abbiamo affondato elettrodi a rete che sembravano schermi di finestre in una trincea. Le acque sotterranee contaminate si sono mosse naturalmente attraverso questi elettrodi a rete, dove una corrente elettrica ha abbattuto gli inquinanti che conteneva.

Questo processo richiede circa 5-15 volt di elettricità, all'incirca la quantità fornita da una batteria per auto. Nelle aree remote questa energia può provenire da pannelli solari. Con una corretta gestione, le barriere elettrolitiche possono abbattere gli inquinanti per diversi anni.

Aumentare il trattamento per i PFAS

La nostra ricerca attuale mira ad applicare la tecnologia della barriera elettrolitica al trattamento dell'acqua contaminata da PFAS. Ma i PFAS sono più difficili da degradare rispetto agli inquinanti nel sito di Pueblo.

Il primo passo è identificare elettrodi più potenti. Gli elettrodi possono essere rivestiti con una varietà di materiali, compreso il titanio, stagno e molti altri ossidi metallici. Le proprietà dei rivestimenti superficiali degli elettrodi determineranno la velocità con cui degradano i contaminanti.

Finora abbiamo utilizzato una rete di titanio espansa rivestita con una miscela di ossidi di iridio e tantalio. Questi elettrodi sono ampiamente utilizzati per proteggere i tubi in acciaio inossidabile dalla ruggine, quindi sono convenienti, vendo a circa 40 dollari al metro quadro. Il costo è un fattore importante da considerare perché gli elettrodi possono costituire una parte significativa dell'intero costo di installazione.

Rivestimenti di ossido di iridio e tantalio, però, sono molto lenti nel degradare i PFAS. Le nostre indagini preliminari hanno dimostrato che gli elettrodi a rete rivestiti con ossido di stagno sono molto più efficaci. Attualmente, gli elettrodi all'ossido di stagno sono materiale di ricerca su misura, e quindi molto più costoso degli ossidi di iridio e tantalio. Ma poiché il costo dello stagno è sostanzialmente inferiore rispetto agli altri due, prevediamo che i prezzi scendano una volta che questi elettrodi saranno prodotti in numero maggiore.

Inoltre, Dott. Shaily Mahendra presso l'Università della California, Los Angeles e i suoi collaboratori hanno scoperto un fungo in decomposizione del legno che ha mostrato risultati promettenti nella trasformazione di alcune specie di PFAS. Questi funghi hanno bisogno di ossigeno per respirare, ma di solito c'è pochissimo ossigeno nelle acque sotterranee. Fortunatamente, gli elettrodi che usiamo per abbattere i contaminanti abbattono anche le acque sotterranee che li circondano, e questo processo genera ossigeno.

Intendiamo quindi accoppiare l'ossidazione elettrochimica con la degradazione biologica, usando il fungo vivo per aiutare ad abbattere PFAS. Il nostro lavoro preliminare su un altro inquinante organico persistente chiamato 1, Il 4-diossano ha dimostrato che la degradazione accelera quando questi due processi lavorano insieme. Allo stesso tempo, la tensione che viene inviata attraverso gli elettrodi può essere abbassata. Tensioni inferiori significano costi energetici inferiori, maggiore durata degli elettrodi e minore formazione di sottoprodotti di disinfezione. Si tratta di composti indesiderati e potenzialmente dannosi che possono formarsi da sostanze naturalmente presenti nell'acqua, come il cloruro.

Ci sono alternative?

Anche con l'emergere del trattamento elettrochimico delle acque, La degradazione di PFAS rimane impegnativa. Poiché i PFAS sono estremamente stabili e sono ampiamente utilizzati, ora sono distribuiti in tutto il mondo.

I ricercatori stanno sviluppando modi per sostituire i PFAS in determinati prodotti, come le schiume antincendio. In molti altri prodotti di consumo, i produttori semplicemente sostituiscono le molecole PFAS più grandi con quelle più piccole. Però, questa non è una soluzione completa. Si pensa che i PFAS più piccoli si accumulino meno nei tessuti biologici, ma si diffondono anche più facilmente nell'ambiente.

L'esposizione alle sostanze chimiche è un prezzo che paghiamo per le comodità della vita moderna. In definitiva, l'entità della presenza di PFAS nell'ambiente dipenderà in gran parte dalle scelte dei consumatori e dalla rapidità con cui potremo sostituire queste sostanze chimiche con alternative più sicure. Per adesso, però, abbiamo bisogno di modi più efficaci per rimuoverli dal suolo, acque sotterranee e altri luoghi in cui minacciano la salute umana e l'ambiente.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.