Nuove soluzioni al problema dei PFAS
Un gruppo di ricerca mette a punto metodi per abbattere le “sostanze chimiche eterne”
Annunci
I ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hanno sviluppato due nuovi processi: avvalendosi della cavitazione idrodinamica e del plasma atmosferico freddo combinati con la dispersione di gas, mirano a degradare le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS), sostanze chimiche industriali estremamente resistenti alla degradazione chimica. A sostegno di questo sforzo, gli esperti del Centro Helmholtz per la Ricerca Ambientale (UFZ) hanno condotto analisi che hanno confermato la degradazione dei PFAS e il rilascio di fluoruro. Una volta raggiunta la maturità commerciale, questi processi potrebbero essere utilizzati nell’industria, riducendo in modo significativo il rilascio di PFAS nei corpi idrici.
Sebbene si sospetti che alcuni PFAS alterino il materiale genetico e aumentino il rischio di cancro, gli effetti biologici di molti altri rimangono sconosciuti. Questo gruppo di sostanze comprende oltre 10.000 sostanze chimiche industriali a catena corta e lunga che devono la loro eccezionale resistenza chimica ai legami carbonio-fluoro altamente stabili. I PFAS finiscono nei fiumi e negli oceani attraverso le acque reflue e si stanno diffondendo in tutto il mondo. Recentemente sono state rilevate elevate concentrazioni di PFAS anche nel fiume Elba – un potenziale pericolo per la salute di piante, animali e esseri umani.
Nel contesto della «Strategia nazionale per l’acqua», volta a garantire l’approvvigionamento di acqua potabile in Germania e a proteggere i suoi corpi idrici, i ricercatori dell’HZDR stanno studiando come ridurre l’impatto sui corpi idrici e, in particolare, come degradare sistematicamente queste «sostanze chimiche eterne». In uno studio preliminare, avviato nel 2022, un gruppo di ricerca guidato dalla ricercatrice post-dottorato dott.ssa Ysabel Huaccallo-Aguilar ha utilizzato un processo noto come cavitazione idrodinamica per degradare i PFAS.
La cavitazione rompe i legami stabili
«Nella cavitazione idrodinamica, facciamo passare l’acqua arricchita di PFAS attraverso una strozzatura, generando piccole bolle di vapore», spiega il dott. Sebastian Reinecke, responsabile del Dipartimento di Tecnologie Idriche e Ambientali dell’HZDR. Poiché i PFAS a catena lunga sono tensioattivi, si attaccano alle bolle. «Quando le bolle scoppiano a causa dell’aumento della pressione ambientale nell’acqua a valle della strozzatura, i PFAS attaccati alle bolle vengono esposti a picchi di temperatura locali di diverse migliaia di gradi Celsius», spiega Reinecke. Allo stesso tempo, la cavitazione produce radicali idrossilici altamente reattivi che reagiscono in modo non specifico con le sostanze vicine. «La nostra ipotesi è che essi attacchino i prodotti intermedi, accelerando in modo significativo la degradazione dei PFAS».
Ysabel Huaccallo-Aguilar e i suoi colleghi sono riusciti a dimostrare che il processo ha effettivamente degradato i PFAS presenti nell’acqua di rubinetto, mineralizzando al contempo il fluoro legato organicamente. Maggiore era la durata del trattamento, più marcato risultava l’aumento continuo della concentrazione di fluoruro nella soluzione. Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato il perfluoroottano solfonato (PFOS), un composto particolarmente persistente e ben studiato appartenente al gruppo dei PFAS. Al termine dell’esperimento, sono riusciti a degradare circa il 37 per cento delle molecole di PFOS disciolte a un tasso di degradazione stabile. «Stiamo ora conducendo esperimenti di follow-up per aumentare il tasso di degradazione», spiega Reinecke. «Il nostro obiettivo è migliorare il processo fino a raggiungere un tasso di degradazione superiore all’80% dei PFAS presenti nella soluzione e mineralizzare oltre il 50% del fluoro legato nelle sostanze chimiche – ciò significa rompere i legami carbonio-fluoro tipici dei PFAS».
Degradazione efficiente dei PFAS con specie plasmatiche altamente reattive
In un’altra serie di esperimenti, l’ingegnere ambientale Dr. Amit Kumar ha utilizzato il plasma atmosferico freddo in combinazione con la dispersione di gas per degradare i PFAS. Il vantaggio di questo processo è che opera in condizioni ambientali e non richiede né catalizzatori né sostanze chimiche aggiuntive. Già nella sua ricerca di dottorato, Kumar aveva studiato metodi per degradare i microinquinanti utilizzando le specie chimiche reattive generate nel plasma. Ora ha applicato i risultati ottenuti a questo esperimento. «Abbiamo generato plasma sulla superficie dell’acqua introducendo contemporaneamente del gas nell’acqua contaminata da PFAS», spiega Sebastian Reinecke, illustrando la configurazione sperimentale. «I PFAS si legano alla superficie delle bolle di gas. Mentre queste salgono, l’acqua viene costantemente fatta circolare. Ciò porta i PFAS in superficie, dove vengono degradati nel plasma».
Questo metodo ha permesso di degradare quasi completamente sia i PFAS a catena lunga che quelli a catena corta. Circa il 35 per cento degli atomi di fluoro legati in queste «sostanze chimiche eterne» è stato rilasciato sotto forma di sali di fluoruro. «Sebbene questo metodo presenti una cinetica di reazione significativamente più veloce rispetto alla cavitazione, consuma anche molta più energia per unità di volume», osserva Reinecke. «Inoltre, il processo genera numerosi prodotti di trasformazione che non siamo ancora riusciti a studiare in dettaglio – ad esempio, composti gassosi che si formano durante la reazione». I ricercatori stanno attualmente conducendo ulteriori serie di test per scoprire se il processo produca sostanze che possano rappresentare un rischio per la salute e, in tal caso, come evitarlo.
Sinergie dalla combinazione di plasma e cavitazione
I ricercatori stanno attualmente lavorando per estendere il processo a volumi maggiori di acqua contaminata. Utilizzando più elettrodi e un iniettore di gas tecnico, stanno aumentando gradualmente il volume di reazione da circa 50 millilitri a cinque litri. Il piano è quello di combinare la tecnologia al plasma con la cavitazione. «Credo che otterremo elevati tassi di degradazione combinando le specie altamente reattive del plasma con gli effetti della cavitazione», afferma Reinecke. Se riusciranno a fondere i vantaggi di entrambi i metodi in un unico approccio, potrebbero creare una tecnologia di rimozione dei PFAS completamente nuova ed efficiente per l’acqua contaminata.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Amit Kumar, Ysabel Huaccallo-Aguilar, Holger Kryk, et al.; "Enhanced degradation and defluorination of perfluorooctane sulfonate (PFOS) in tap water using gas-dispersed cold atmospheric plasma"; Scientific Reports, Volume 16, 2026-6-13
Amit Kumar, Anett Georgi, Ysabel Huaccallo-Aguilar, et al.; "Degradation and defluorination of perfluorooctane sulfonate (PFOS) forever chemical in water using hydrodynamic cavitation treatment"; Chemical Engineering Journal Advances, Volume 25
Altre notizie dal dipartimento scienza
