I chimici della Michigan State University stanno scoprendo nuove informazioni per aiutare a porre rimedio alle "sostanze chimiche per sempre" mostrando per la prima volta come interagiscono con il suolo a livello molecolare.

I ricercatori, Narasimhan Loganthan e Angela K. Wilson del College of Natural Science, hanno pubblicato i loro risultati online sulla rivista Environmental Science &Technology .

Le "sostanze chimiche per sempre", più formalmente conosciute come PFAS o sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, si sono guadagnate l'etichetta perché non si decompongono naturalmente. Quando i PFAS inquinano il suolo e l'acqua, possono entrare nel sistema alimentare attraverso piante, bestiame e acqua potabile.

Un rapporto dei Centers for Disease Control and Prevention del 2015 ha stimato che il PFAS è nel sangue del 97% degli americani. Altri studi più recenti hanno avvicinato quel numero al 99%.

Ciò che rende PFAS così onnipresente è una combinazione di persistenza e utilità. Più di 9.000 sostanze chimiche si qualificano come PFAS e si trovano in un'ampia gamma di applicazioni, inclusi imballaggi per alimenti, pentole antiaderenti, schiume antincendio e molti altri. Mentre il tempo e la natura possono degradare alcuni componenti di questi prodotti e dei rifiuti generati durante la loro produzione, il PFAS indugia, accumulandosi nell'ambiente.

La rimozione dei PFAS dal suolo e dall'acqua, quindi, è importante per ridurre l'esposizione a queste sostanze chimiche e i danni che possono causare, comprese le malattie della tiroide e l'aumento del rischio di alcuni tumori.

"Quando inizi a esaminare le strategie di mitigazione, vedi molto sulla rimozione dei PFAS dall'acqua, ma c'è molto poco sui PFAS nel suolo", ha affermato Loganthan, ricercatore associato presso il Dipartimento di Chimica della MSU.

"E alcuni degli studi sono 'ciechi di molecole'", ha affermato Wilson, illustre professore di chimica John A. Hannah e uno scienziato del MSU Center for PFAS Research. "Cioè, non stanno prestando attenzione alla chimica."

Wilson e Loganthan hanno deciso di aiutare a cambiare questa situazione eseguendo le prime simulazioni a livello molecolare delle interazioni tra PFAS con un componente del suolo, la caolinite.

Per lo studio, il duo si è concentrato su alcune delle sostanze chimiche PFAS più diffuse e problematiche. Hanno scelto la caolinite sul lato del suolo perché è un minerale del suolo comune, soprattutto nel Michigan.

I PFAS sono una preoccupazione ovunque, ma rappresentano una sfida unica nel Michigan. Il Michigan ha un'abbondanza di PFAS, con oltre 200 siti conosciuti contaminati da PFAS. Inoltre, l'agricoltura e i Grandi Laghi sono fondamentali per l'identità dello stato. La protezione della terra e dell'acqua del Michigan è un obiettivo comune di molte comunità, legislatori e aziende dello stato.

"Anche prima di questo lavoro, andavamo a grandi riunioni e parlavamo di PFAS con persone di diversi comuni, fattorie, impianti di trattamento delle acque reflue e altro", ha detto Wilson. "Molte persone cercano soluzioni."

Lo studio è stato ispirato da una società di ingegneria del Michigan che ha chiesto a Wilson come potrebbe diffondersi PFAS nel suolo e come bonificare al meglio le sostanze chimiche. Non aveva le risposte, ma sapeva che Loganthan avrebbe potuto aiutarla a iniziare a trovarne alcune.

Lo ha reclutato per unirsi a questo progetto, supportato dalla National Science Foundation. Il duo ha anche avuto accesso alle risorse computazionali fornite dal National Energy Research Scientific Computing Center e dall'Institute for Cyber-Enabled Research della MSU, o iCER.

I risultati delle simulazioni hanno fornito alcuni motivi di ottimismo per quanto riguarda la bonifica. Ad esempio, alcuni dei PFAS studiati dai ricercatori che avevano catene di carbonio più lunghe che fungevano da spina dorsale riunite sulla caolinite.

"Idealmente, questo è quello che vorresti. Vorresti che tutti i PFAS si trovassero in un gruppo in modo da poterlo afferrare e filtrarlo", ha detto Wilson. Il rovescio della medaglia è che i PFAS a catena più corta avevano meno probabilità di aggregarsi, rimanendo più mobili nel terreno.

"Il messaggio da portare a casa è che non tutti i PFAS si comportano in modo simile", ha detto Wilson. "E non tutti i suoli si comportano allo stesso modo per quanto riguarda i PFAS."

"I componenti del suolo svolgono un ruolo importante", ha affermato Loganthan. "La composizione del suolo attorno a qualsiasi sito contaminato sarà fondamentale per la distanza dei PFAS nel sottosuolo, dove possono quindi raggiungere le acque sotterranee."

Sebbene l'idea di esaminare la miriade di combinazioni di PFAS e componenti del suolo sia imponente, i ricercatori hanno dimostrato che il loro approccio computazionale è adatto ad affrontare la diversità dei problemi inerenti all'inquinamento da PFAS.

"Il bello della chimica computazionale è che puoi studiare così tanti sistemi diversi", ha affermato Wilson, il cui team di ricerca sta anche esaminando le interazioni del PFAS con le proteine ​​​​nel corpo. Il suo team sta anche studiando i PFAS in diverse specie di pesci con il supporto del Great Lakes Fisheries Trust e del Programma di ricerca e sviluppo ambientale strategico, che sono rispettivamente organizzazioni statali e federali che finanziano progetti ambientali. L'obiettivo, nei progetti di suolo e biologia, è quello di rivelare le interazioni che potrebbero aiutare a proteggere più persone dall'esposizione a PFAS.

"Tali approfondimenti a livello molecolare saranno incredibilmente importanti per qualsiasi strategia di bonifica", ha affermato Loganthan.