Wanneer elektriciteitscentrales kolen verbranden, een klasse van verbindingen genaamd polycyclische aromatische koolwaterstoffen, of PAK's, deel uitmaken van de resulterende luchtverontreiniging. Onderzoekers hebben ontdekt dat PAK-toxines in zonlicht worden afgebroken tot kinderverbindingen en bijproducten.

Sommige kindverbindingen kunnen giftiger zijn dan de ouder-PAK's. Rivieren en dammen die door PAK's worden aangetast, zijn waarschijnlijk verontreinigd met een veel groter aantal gifstoffen dan door grote vervuilers wordt uitgestoten. onderzoekers laten nu zien Chemosfeer .

Een kolencentrale en een sigaret hebben meer gemeen dan je zou denken. Zo ook de uitlaatpijpen van auto's, brandende gewasresten, vliegtuigen en bosbranden.

PAK's worden geproduceerd wanneer fossiele brandstoffen of organische stof niet volledig worden verbrand. Deze PAK-signaturen zijn duidelijk genoeg dat wetenschappers kunnen zien wat de waarschijnlijke bronnen van vervuiling zijn. Dat kunnen ze doen door water- en sedimentmonsters te analyseren van rivieren en dammen die door de vervuiling zijn aangetast.

Sommige kindverbindingen zijn giftiger dan de oorspronkelijke ouder-PAK's, andere studies hebben gevonden. Dit betekent dat er waarschijnlijk meer giftige, kankerverwekkende PAK-verbindingen aanwezig in dammen en rivieren dan eerder werd gedacht, zegt dr. Mathapelo Seopela, een onderzoeker bij de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Johannesburg en de hoofdauteur van de studie.

"Verbrandingsprocessen creëren PAK's die in grootte variëren van twee tot zes gefuseerde benzeenringen. Hoe heter het verbrandingsproces, hoe groter de verbinding die wordt gevormd, en hoe schadelijker het is, " ze zegt.

"Als voorbeeld, wanneer steenkool wordt verbrand in een kolencentrale voor elektriciteit, vijf- en zesringige PAK's zullen zich waarschijnlijk vormen. Dit komt doordat het verbrandingsproces op een zeer hoge temperatuur gebeurt, boven de 1000 graden Celsius."

Deze grote PAK-verbindingen reizen mee met de rest van de rook uit de koeltorens van de centrale. Winden kunnen de verbindingen dan behoorlijk ver weg blazen, naar rivieren, dammen, landbouwgrond of de volgende stad.

"Als benzine wordt verbrand in een automotor, PAK's met twee tot drie ringen vormen zich meestal. Soortgelijke PAK's worden gevormd door vliegtuigen, wanneer boeren gewasresten of gras verbranden, of met brandend hout, zegt ze. "De PAK's komen in de atmosfeer terecht, in de lucht die we inademen. Vaak, ze kunnen zeer lange afstanden afleggen van de bronnen die ze hebben geproduceerd, zoals elektriciteitscentrales of bosbranden."

Veel PAK-verbindingen zijn schadelijk. Ze zijn gevormd uit twee of meer gefuseerde benzeenmoleculen, of ringen, tijdens de onvolledige verbranding van fossiele brandstoffen of organisch materiaal. Benzeen is een licht ontvlambare, giftige vloeistof. Het is mede verantwoordelijk voor de karakteristieke geur bij een benzinestation.

De eenvoudigste PAK is naftaleen, die twee benzeenringen heeft. Sommige mensen gebruiken mottenballen van naftaleen om hun kleding tegen motten te beschermen. Het is giftig voor mensen. De volgende grotere PAK is antraceen, een bestanddeel van koolteer, die drie benzeenringen heeft. Antraceen is een gevaarlijke stof. Het is zeer giftig in wateromgevingen, en wordt beschouwd als een persistente en bioaccumulerende verontreinigende stof.

Een aantal PAK's is door organisaties als de EPA, WHO en Europese Commissie als kankerverwekkend. Sommige PAK's kunnen blijvende veranderingen in de genen van dieren veroorzaken, die ontwikkelingsachterstanden of misvormingen in visembryo's kunnen veroorzaken. Dergelijke PAK-verbindingen worden ook als mutageen geclassificeerd.

Wanneer regendruppels PAK-verbindingen naar beneden in rivieren en dammen trekken, enorme milieu-uitdagingen kunnen ontstaan. De regen brengt de gifstoffen in het drinkwater, water dat wordt gebruikt om voedselgewassen te irrigeren, en water voor vee. Vissen hopen de PAK's op in hun vlees. "In onze studie we keken naar PAK's met twee tot zes gefuseerde benzeenringen. Deze vertegenwoordigden vervuiling van houtvuren en auto's tot kolencentrales. We wisten dat in het algemeen PAK-verbindingen zullen gaan veranderen, of vernederend, als de zon erop schijnt. Maar we wilden weten wat specifieke PAK's worden als ze worden afgebroken, en hoe snel het gaat, ', zegt Seopela.

In eerder onderzoek is ze analyseerde water en sedimenten van een vervuilde dam in Zuid-Afrika op PAK's. Loskop Dam wordt gevoed door de Olifantsrivier in een grote industriële, mijnbouw- en kolencentraleregio in Mpumalanga.

Massale vis- en krokodillendoden zijn geregistreerd in de rivier, en organische verontreinigende stoffen, waaronder PAK's, werden geïdentificeerd als bijdragende factoren.

In andere onderzoeken, onderzoekers ontdekten dat PAK's afbreken in zonlicht, maar dat de kleinere onderliggende verbindingen die worden gevormd (fotoproducten) giftiger kunnen zijn dan de grotere ouderverbindingen.

Seopela en de onderzoekers van het Chesapeake Biological Laboratory van het University of Maryland Centre for Environmental Science bouwden een recirculatiesysteem met gesloten circuit voor het onderzoek in hun laboratorium. Ze hebben vijf PAK's getest die door de Amerikaanse EPA als prioritaire verontreinigende stoffen zijn vermeld. Dit waren naftaleen, antraceen, benzo(a)antraceen, benzo(a)pyreen en benzo(ghi)peryleen.

Voor elke PAK, ze testten pure monsters ervan in zuiver water als controle. Vervolgens testten ze elke pure PAK in zuiver water met een specifieke hoeveelheid natuurlijke organische stof (NOM) toegevoegd om rivier- en damomstandigheden te simuleren. Ze hebben elke PAK afzonderlijk getest, en dan ze allemaal door elkaar gemengd om te zien wat er gebeurt.

"We ontdekten dat wanneer zonlicht op een ouder-PAK valt, het valt uiteen in kleinere kinder-PAK's, die we afbraakproducten noemen. Maar op het zelfde moment, er worden ook totaal verschillende bijproducten gevormd, " zegt Prof Michael Gonsior van het Chesapeake Biological Laboratory van de Universiteit van Maryland.

"Dit is zeer zorgwekkend. De ouder-PAK-verbindingen, de afgebroken kinder-PAK's en de bijproducten, of fotoproducten, zijn waarschijnlijk allemaal tegelijk aanwezig in rivieren en dammen die aangetast zijn door PAK's, " hij gaat door.

"We ontdekten ook dat de PAK's met vijf tot zes ringen in het algemeen veel sneller afbreken dan PAK's met twee ringen in zuiver water, " zegt dr. Leanne Powers, assistent onderzoekschemicus bij het Chesapeake Biological Laboratory.

“Maar de afbraak vertraagt ​​als er meer natuurlijke organische stof in het water zit. We verwachten dat PAK’s in het water of sediment van een troebele rivier er lang over zullen doen om af te breken. Veel langer dan de drie uur en een beetje de PAHs took to degrade in the pure water in our lab. The procedure used in this study can be used to understand how other PAHs degrade, and what they will become in freshwater environments, " says Powers.

Seopela says, "This means that people, animals and plants that depend on that water are likely exposed to a far greater number of toxins at the same time, than was emitted from the sources, such as power stations."