"Forever-chemicaliën", genoemd naar hun vermogen om in water en bodem te blijven bestaan, zijn een klasse moleculen die altijd aanwezig zijn in ons dagelijks leven, inclusief voedselverpakkingen en huishoudelijke schoonmaakproducten. Omdat deze chemicaliën niet afbreken, komen ze in ons water en voedsel terecht en kunnen ze leiden tot gezondheidseffecten, zoals kanker of verminderde vruchtbaarheid.

Vorige maand stelde het Amerikaanse Environmental Protection Agency voor om twee van de meest voorkomende chemicaliën voor altijd, bekend als PFOA en PFOS, een "superfund" -aanduiding te geven, waardoor het voor de EPA gemakkelijker zou worden om ze te volgen en opruimmaatregelen te plannen.

Opruimen zou natuurlijk effectiever zijn als de chemicaliën voor altijd zouden kunnen worden vernietigd in het proces, en veel onderzoekers hebben onderzocht hoe ze kunnen worden afgebroken. Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Washington een nieuwe manier om zowel PFOA als PFOS te vernietigen. De onderzoekers creëerden een reactor die moeilijk te vernietigen chemicaliën volledig kan afbreken met behulp van "superkritisch water", dat wordt gevormd bij hoge temperatuur en druk. Deze technologie kan helpen bij het verwerken van industrieel afval, het vernietigen van geconcentreerde forever chemicaliën die al in het milieu aanwezig zijn en het omgaan met oude voorraden, zoals de forever chemicaliën in blusschuim.

Het team publiceerde deze bevindingen in Chemical Engineering Journal .

UW News sprak met senior auteur Igor Novosselov, een UW-onderzoeksdocent werktuigbouwkunde, om meer te weten te komen over de details.

Wat is superkritisch water en hoe kan het deze moleculen vernietigen?

Igor Novosselov :Onze reactor verwarmt in principe heel snel water, maar het verwarmt water anders dan wanneer je het kookt voor pasta. Meestal, als je de temperatuur verhoogt, kookt het water en wordt het stoom. Van daaruit worden het water en de stoom niet heter dan 100 graden Celsius (212 F).

Maar als je water comprimeert, kun je dat evenwicht verschuiven en dat kookpunt krijgen bij veel hogere temperaturen. Als u de druk verhoogt, neemt de kooktemperatuur toe. Op een gegeven moment zal het water niet overgaan van vloeistof naar damp. In plaats daarvan zul je een kritiek punt bereiken waar water een andere staat van materie zal bereiken, de superkritische fase. Hier is water geen vloeistof of gas. Het is iets tussenin, en de lijnen zijn daar nogal wazig. Het is zoiets als een plasma waar de watermoleculen worden als geïoniseerde deeltjes. Deze gedeeltelijk gedissocieerde moleculen stuiteren rond bij hoge temperaturen en hoge snelheden. Het is een zeer corrosieve en chemisch agressieve omgeving waarin organische moleculen niet kunnen overleven.

Chemische stoffen die eeuwig overleven in normaal water, zoals PFOS en PFOA, kunnen in superkritisch water in een zeer hoog tempo worden afgebroken. Als we de omstandigheden goed regelen, kunnen deze weerbarstige moleculen volledig worden vernietigd, waardoor er geen tussenproducten achterblijven en alleen onschadelijke stoffen ontstaan, zoals kooldioxide, water en fluoridezouten, die vaak worden toegevoegd aan gemeentelijk water en tandpasta.

Hoe ben je begonnen met het ontwerpen van deze reactor?

Novosselov :We hebben het oorspronkelijk ontworpen om middelen voor chemische oorlogsvoering af te breken, die ook heel moeilijk te vernietigen zijn. Het kostte ons vijf jaar om de reactor te maken. Er waren belangrijke vragen zoals:hoe houden we de zaken onder die druk? In de reactor is de druk 200 keer hoger dan op zeeniveau. Een andere vraag die we hadden was:hoe zorgen we ervoor dat de reactor continu ontsteekt en op een bepaalde temperatuur werkt? Het werd een ingenieursproject, maar we zijn tenslotte ingenieurs.

Hoe werkt de reactor?

Novosselov :Het hele ding zit in een dikke roestvrijstalen pijp van ongeveer een voet lang en een inch in diameter. We kunnen de temperatuur binnenin variëren om erachter te komen hoe heet we moeten gaan om een ​​chemische stof volledig te vernietigen. Sommige chemicaliën vereisen 400 C (752 F), ongeveer 650 C (1202 F).

Bovenin de reactor injecteren we continu pilootbrandstof, lucht en de chemische stof die we willen vernietigen, bijvoorbeeld:PFOS, in het superkritische water. De brandstof zorgt voor de nodige warmte om het mengsel superkritisch te houden en de PFOS vermengt zich snel met dit agressieve medium. Over het algemeen is de reactietijd minder dan een minuut. Op de bodem van de reactor wordt het mengsel afgekoeld tot zowel vloeistof- als gasafvoer. We kunnen analyseren wat er in zowel de vloeibare als de gasfase zit om te meten of we de chemische stof hebben vernietigd.

Wat heb je gevonden?

Novosselov :We hebben hetzelfde experiment gedaan met PFOS en PFOA, omdat beide worden gereguleerd door de EPA. We zagen dat PFOA verdwijnt bij milde superkritische omstandigheden (rond 400 graden C of 750 F), maar PFOS niet. Het duurde tot we 610 graden C (1130 F) bereikten om de vernietiging van PFOS te zien. Bij die temperatuur werden PFOS en alle tussenproducten vernietigd - in een kwestie van 30 seconden.

Bij lagere temperaturen toonden PFOS-experimenten de vorming van een verscheidenheid aan intermediaire moleculen, waaronder PFOA. Sommige van deze afbraakproducten kwamen uit in de vloeibare fase, wat betekent dat ze aanwezig kunnen zijn in het afvalwater van productielocaties die altijd chemicaliën gebruiken. Maar andere tussenproducten komen naar buiten in de gasfase, wat problematisch is omdat de uitstoot van gassen niet typisch gereguleerd is. Deze moleculen bevatten het element fluor, en we weten dat dit soort gassen bijdragen aan het broeikaseffect. Op dit moment hebben we geen manier om de gasvervuiling in realtime te volgen, en we weten niet hoeveel we zouden produceren of zelfs hun exacte chemische samenstelling.

Wat volgt er voor dit project?

Novosselov :We hebben een paar volgende stappen. We hebben de reactor gebruikt om te zien hoe goed hij andere chemicaliën voor altijd vernietigt, behalve PFOS en PFOA. We beoordelen ook hoe goed deze technologie zou kunnen werken voor real-world scenario's. Zo kun je bijvoorbeeld niet de hele oceaan behandelen. Maar we zouden dit mogelijk kunnen gebruiken om bestaande problemen aan te pakken, zoals voor altijd chemisch afval op productielocaties.

Voor altijd is chemische besmetting een groot probleem, en het zal niet verdwijnen. We zijn verheugd om eraan te werken en samen te werken met regelgevers en toonaangevende groepen in de academische wereld en de industrie om de oplossing te vinden. + Verder verkennen

EPA om 'forever chemicaliën' aan te duiden als gevaarlijke stoffen