Учените откриват вредни химикали на много места, вкл. в питейната вода на редица големи градове и в човешката кърма (снимка: CC0 Public Domain)
Изследователи, финансирани от Европейския съюз, изпитват начини за отстраняване на „вечните химикали“ от околната среда и замяната им в някои търговски стоки.
От Тереза Пултарова
Подземен резервоар в Дания е мястото на уникален експеримент: изпитва се технология, с чиято помощ околната среда да се избави от широко разпространено токсично замърсяване.
Водоносните слоеве близо до град Корсьор съдържат високи нива на перфлуороалкилирани и полифлуороалкилирани вещества, или PFAS. Това са химикали, използвани в целия свят от 40-те години на XX век в стотици стоки, в това число пожарогасителната пяна. Химикалите замърсяват резервоара в Корсьор в резултат на изтичане от близкото училище за пожарникари, което използва такава пяна в тренировъчните упражнения.
Огромен проблем
PFAS са повод за безпокойство на учените поне от 90-те години на миналия век. Известни като „вечните химикали“, те не се разпадат по естествен път и не могат да бъдат отстранени от замърсените почви и води с нито един от съществуващите методи. Освен това те увеличават риска от рак, разстройства на имунната система и други проблеми за човешкото здраве.
„PFAS представляват огромен проблем“, казва професор Франческо Дондеро, екотоксиколог към Университета в Източен Пиемонт, Италия. „Те са не само много трайни в околната среда, но са и изключително мобилни“.
Дондеро ръководи изследователски проект, получил финансиране от ЕС, за да подобри откриването и премахването на PFAS в Европа и извън нея. Наречен SCENARIOS, проектът продължава четири години, до октомври 2025 г., и по него се разработва технологията, която се изпитва в Корсьор.
Желани от производителите заради способността им да отблъскват масло и вода, PFAS са обичайна част от опаковките на хранителни продукти, непромокаемите дрехи и устойчивите на петна тъкани. При производството на популярното незалепващо покритие за кухненски съдове Teflon в околната среда се отделят PFAS.
Неповторимите свойства на PFAS са резултат от химичната им структура, в основата на която са вериги от въглеродни атоми с различна дължина, заобиколени от атоми на флуора.
Връзката въглерод-флуор е изключително силна и трудна за разкъсване. В резултат от това PFAS остават трайно в околната среда стотици, а може би и хиляди години.
Верижни реакции
„Видовете PFAS с по-дълги въглеродни вериги могат частично да бъдат премахнати от почвата и водата, но понастоящем не разполагаме с инструменти за справяне с късоверижните“, казва Дондеро. „Източниците на замърсяване с PFAS освен това са много разпръснати и нямаме средства за тяхното наблюдение“.
По целия свят PFAS се изпускат заедно с отпадъчните води от химически заводи, но не само.
Те изтичат от депата за отпадъци, като замърсяват подпочвените и повърхностните води. Учените откриват тези вредни химикали в ледената покривка на Арктика, в човешката кърма и в питейната вода на редица големи градове.
Макар и някои от най-опасните видове PFAS вече да са забранени, много от тях все още са в употреба. В резултат от това концентрацията им в околната среда продължава да расте.
Лична гледна точка
Интересът на Дондеро към PFAS се поражда след преместването му в Алесандрия, град в северозападна Италия с голям химически завод.
„Преместихме се със семейството ми преди 20 години и тогава открих, че местните водни ресурси са замърсени с PFAS“, казва Дондеро. „PFAS бяха открити дори в кръвта на местни хора. Ето защо създадох този проект“.
SCENARIOS събира университети, научноизследователски институти, медицински центрове и компании от 11 държави: Германия, Гърция, Дания, Израел, Испания, Италия, Кипър, Люксембург, Обединеното кралство, Финландия и Швеция.
Изпитванията в Корсьор представляват кулминация на работата по проекта.
Обещаващи резултати
Изследователите обединяват сили с шведската компания Envytech Solutions, за да разработят метод за отстраняване на късоверижни PFAS, без да се създава друго замърсяване в процеса.
Техниката, наречена „Повърхностно фракциониране на активна пяна“, или SAFF, се основава на използването на малки въздушни мехурчета. Изследователите изпомпват и обработват замърсена вода от водоносния хоризонт в резервоар, и вкарват въздух на дъното. С издигането на мехурчетата в резервоара те събират отблъскващите водата молекули на PFAS и ги отвеждат на повърхността.
„Тези въздушни мехурчета имат огромен афинитет към PFAS и увеличават концентрацията им на повърхността с коефициент 100 000, което в крайна сметка позволява получения отпадък от PFAS да бъде концентриран до нива, надхвърлящи един милион пъти“, казва Дондеро.
Демонстрацията започва през февруари 2024 г. и ще продължи до септември. Изследователите изпитват различни вещества, които могат да се добавят към водата, за да подобрят ефективността на процеса на премахване, особено по отношение на трудните за обработка късоверижни PFAS.
Засега резултатите са обещаващи. Според Дондеро в някои случаи системата е била в състояние да премахне над 99 % от замърсяването.
Следващата стъпка ще бъде изследователите да проучат как да се унищожава отпадъкът с концентрация на PFAS по безопасен начин.
„Засега ще е достатъчно, ако можем само да го съхраняваме някъде, докато не бъде разработена технология за унищожаването му“, казва Дондеро.
В търсене на заместители
SCENARIOS е част от клъстер от изследователски проекти в областта на здравето, които подпомагат Европейския зелен пакт и ускоряват Плана на ЕС от 2021 г. за действие за нулево замърсяване.
Планът предвижда до 2050 г. концентрацията на опасни замърсители във въздуха, водата и почвите да спадне до нива, които повече не се считат за вредни за здравето и природните екосистеми.
Като част от стратегията PFAS следва да бъдат постепенно премахнати, освен ако тяхната употреба не се счита за особено важна.
Създаването обаче на нетоксичен, разградим и нескъп заместител е нелека задача.
„В природата няма друга алтернатива, която да предлага качествата, притежавани от PFAS“, казва д-р Миика Никинмаа, изследовател в областта на биоматериалите във финландския център за технически изследвания VTT. „Те също така са силно конкурентоспособни по отношение на разходите“.
Никинмаа ръководи финансиран от ЕС проект, чиято цел е разработването на безопасни и устойчиви алтернативи на PFAS за употреба в опаковки на хранителни продукти и тапицерии.
Наречен ZeroF, тригодишният проект трябва да продължи до края на 2025 г.
За приложения в опаковането изследователите експериментират с модифицирана с мастни киселини целулоза заедно с нови методи за нанасяне на покрития и химични състави, с цел постигане на желаните свойства по отношение на устойчивостта на вода и масло.
„Постигнахме добър успех със създаването на функция за възпиране на водата“, казва Никинмаа. „Устойчивостта на масло е по-трудна. Но най-трудното нещо е да се постигнат едновременно и двете“.
Апел към законодателството
За да заменят PFAS в текстилните изделия и тапицериите, изследователите изпитват един вид органично-неорганичен полимер, наречен ORMOCER. Той е разработен от базирания в Германия Институт за изследване на силикатите Fraunhofer, който е партньор на ZeroF.
Материалът може да се комбинира с различни покрития така, че да наподобява в най-голяма степен на качествата на PFAS.
До края на проекта изследователите се надяват да разработят и изпитат безопасни и устойчиви алтернативи на PFAS, които няма да бъдат по-скъпи с повече от 20%.
Въпреки това Никинмаа казва, че преодоляването на замърсяването с PFAS ще изисква помощ от политиците в Европа чрез нови правила, включително евентуални по-обхватни забрани.
„Не очаквам в близко бъдеще да се случи голям технологичен скок, който би ни дал възможност да заменим PFAS във всички приложения по конкурентен по отношение на разходите начин, без големи изменения на законодателството“, казва той. „Те просто са твърде рентабилни и твърде удобни. Всички нови технологии са по-сложни и затова са по-скъпи“.
Дондеро от SCENARIOS набляга на тази позиция, като заявява, че са необходими по-стриктни забрани за PFAS.
„Трябва да започнем да въвеждаме ограничения, за да принудим промишлеността постепенно да се освободи от тях“, казва той. „Няма да можем да ги забраним във всички браншове незабавно, но трябва да започнем отнякъде“.
Изследванията в тази статия са финансирани от програма „Хоризонт” на ЕС. Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия. Статията е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.