Een dramatische olieramp, zoals het ongeval met de Deepwater Horizon in de Golf van Mexico tien jaar geleden, maandenlang de krantenkoppen kunnen domineren, terwijl wetenschappers, beleidsmakers en het publiek maken zich zorgen over wat er met al die olie in het milieu gebeurt. Echter, veel minder aandacht wordt besteed aan het lot van een aardolieproduct dat al tientallen jaren doelbewust over de planeet wordt verspreid:asfaltbindmiddel.

Nu blijkt uit een onderzoek door scheikundigen van het National High Magnetic Field Laboratory, met het hoofdkantoor van de Florida State University, dat asfaltbindmiddel, bij blootstelling aan zon en water, lekt duizenden potentieel giftige verbindingen in het milieu. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie .

Asfalt bindmiddel, ook wel asfaltcement genoemd, is de lijm die de stenen bij elkaar houdt, zand en grind op verharde wegen. De zware, zwart, sticky goo is afgeleid van de bodem van het vat ruwe olie aan het einde van het distillatieproces.

Het MagLab, gefinancierd door de National Science Foundation en de staat Florida, is een wereldleider op het gebied van aardolie, die de geestdodend complexe koolwaterstoffen bestudeert waaruit ruwe olie en zijn bijproducten bestaan. Met behulp van hoge resolutie ion cyclotron resonantie (ICR) massaspectrometers, chemici daar hebben expertise ontwikkeld in het identificeren van de tienduizenden verschillende soorten moleculen die een enkele druppel kan bevatten, en hoe die samenstelling door de tijd kan worden veranderd, bacteriën of omgevingsfactoren.

Ryan Rodgers, directeur petroleumtoepassingen en van het Future Fuels Institute van het MagLab, wilde al jaren asfaltbindmiddel bestuderen met behulp van de ICR-instrumenten. Het was een logische volgende stap in de jarenlange inspanningen van zijn groep om de structuur en het gedrag van aardoliemoleculen en hun potentieel toxische effecten beter te begrijpen. Eerdere studies hadden aangetoond dat bodems en afvoer in de buurt van verharde wegen hogere concentraties polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) vertonen. waarvan bekend is dat ze kankerverwekkend zijn. Rodgers vermoedde dat er stippen waren die die PAK's en asfaltbindmiddel met elkaar verbond, en hij wilde ze vinden.

"De stabiliteit op lange termijn van van aardolie afgeleide materialen in het milieu is altijd een nieuwsgierigheid van mij geweest, " zei Rodgers, die opgroeide aan de kust van de Golf van Florida. "Het kennen van hun compositorische en structurele complexiteit, het leek hoogst onwaarschijnlijk dat ze milieuvriendelijk zouden zijn. Hoe veranderen zijdezachte zwarte wegen in grijs, ruwe wegen? En waar is in godsnaam al het asfalt gebleven?"

Uiteindelijk kocht hij een kruik asfaltbindmiddel van een plaatselijk bestratingsbedrijf en droeg het project over aan Sydney Niles, een doctoraat kandidaat in de chemie aan de staat Florida, en MagLab-chemicus Martha Chacón-Patiño. Ze ontwierpen een experiment waarin ze een film van bindmiddel op een glasplaatje maakten, ondergedompeld in water, en bestraalde het een week lang in een zonnesimulator, het water op verschillende tijdstippen bemonsteren om te zien wat erin zat. Ze vermoedden dat de energie van de zon ervoor zou zorgen dat de reactieve zuurstofhoudende verbindingen in het water een interactie aangaan met de koolwaterstoffen in het bindmiddel, een proces genaamd foto-oxidatie, waardoor nieuwe soorten moleculen worden gecreëerd die in het water zouden uitlogen.

"We hadden dit wegmonster en we lieten er nepzonlicht op schijnen in de aanwezigheid van water, " legde Niles uit, hoofdauteur op het papier. "Toen keken we naar het water en we ontdekten dat er al deze verbindingen zijn die zijn afgeleid van aardolie, en waarschijnlijk giftig. We ontdekten ook dat er in de loop van de tijd meer verbindingen worden uitgeloogd."

De koolwaterstoffen die ze in het water vonden, bevatten meer zuurstofatomen. De wetenschappers waren ervan overtuigd dat de zon inderdaad het mechanisme achter het proces was, omdat er veel minder verbindingen uitlogen naar een controlemonster dat in het donker was bewaard. en die hadden minder zuurstofatomen. In feite, de hoeveelheid in water oplosbare organische stoffen per liter die het team na een week in het water van het bestraalde monster vond, was meer dan 25 keer hoger dan in het monster dat in het donker was achtergelaten. En, met behulp van de ICR-magneten van het laboratorium, ze ontdekten meer dan 15, 000 verschillende koolstofhoudende moleculen in het water van het bestraalde monster.

Gezien de algemene toxiciteit van PAK's, deze resultaten zijn zorgwekkend, zeiden Niles en Rodgers. Maar het team zal meer experimenten moeten doen om die toxiciteit te onderzoeken.

"We hebben definitief aangetoond dat asfaltbindmiddel het potentieel heeft om in water oplosbare verontreinigingen te genereren, maar de impact en het lot hiervan zullen het onderwerp zijn van toekomstig onderzoek, ' zei Rodgers.

Ze plannen ook meer onderzoeken om te kijken hoe de verbindingen precies transformeren en of verschillende categorieën aardoliemoleculen zich anders gedragen.

Niles maakt zich zorgen over koolwaterstoffen in en uit het lab. Als ze vergeet haar herbruikbare zakjes met groenten en fruit mee te nemen naar de supermarkt, ze jongleert liever met haar groenten op weg naar de kassa dan een in de winkel ingerichte plastic zak te gebruiken. Hoewel deze bevindingen geen goed nieuws zijn voor de planeet, ze zei, ze kunnen leiden tot positieve verandering.

"Hopelijk is het een motivatie voor een oplossing, " zei ze. "Ik hoop dat ingenieurs deze informatie kunnen gebruiken om een ​​beter alternatief te vinden, of het nu een kit is die je op het asfalt aanbrengt om het te beschermen of iets anders zoekt om wegen te plaveien."