Los "químicos para siempre", llamados así por su capacidad de persistir en el agua y el suelo, son una clase de moléculas que están siempre presentes en nuestra vida diaria, incluidos los envases de alimentos y los productos de limpieza del hogar. Debido a que estos químicos no se descomponen, terminan en nuestra agua y alimentos, y pueden causar efectos en la salud, como cáncer o disminución de la fertilidad.

El mes pasado, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. propuso otorgar a dos de los productos químicos permanentes más comunes, conocidos como PFOA y PFOS, una designación de "superfondo", lo que facilitaría que la EPA los rastreara y planificara medidas de limpieza.

Obviamente, las limpiezas serían más efectivas si los productos químicos forever pudieran destruirse en el proceso, y muchos investigadores han estado estudiando cómo descomponerlos. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Washington tiene una nueva forma de destruir tanto el PFOA como el PFOS. Los investigadores crearon un reactor que puede descomponer por completo los productos químicos difíciles de destruir utilizando "agua supercrítica", que se forma a alta temperatura y presión. Esta tecnología podría ayudar a tratar los desechos industriales, destruir los productos químicos forever concentrados que ya existen en el medio ambiente y tratar las existencias antiguas, como los productos químicos forever en la espuma contra incendios.

El equipo publicó estos hallazgos en Chemical Engineering Journal .

UW News habló con el autor principal Igor Novosselov, profesor asociado de investigación de ingeniería mecánica de la UW, para conocer los detalles.

¿Qué es el agua supercrítica y cómo puede destruir estas moléculas?

Ígor Novosselov :Nuestro reactor básicamente calienta el agua muy rápido, pero la calienta de manera diferente que cuando la hierve para la pasta. Por lo general, cuando elevas la temperatura, el agua hierve y se convierte en vapor. A partir de ahí, el agua y el vapor no superan los 100 grados Celsius (212 F).

Pero si comprime el agua, puede cambiar ese equilibrio y obtener ese punto de ebullición a temperaturas mucho más altas. Si aumenta la presión, la temperatura de ebullición aumenta. En un punto, el agua no pasará de líquido a vapor. En cambio, llegará a un punto crítico donde el agua alcanzará un estado diferente de la materia, llamado fase supercrítica. Aquí el agua no es un líquido o un gas. Es algo intermedio, y las líneas son un poco borrosas allí. Es algo así como un plasma donde las moléculas de agua se vuelven como partículas ionizadas. Estas moléculas parcialmente disociadas rebotan a altas temperaturas y altas velocidades. Es un ambiente muy corrosivo y químicamente agresivo en el que las moléculas orgánicas no pueden sobrevivir.

Los productos químicos que sobreviven para siempre en agua normal, como PFOS y PFOA, pueden descomponerse en agua supercrítica a una velocidad muy alta. Si tenemos las condiciones adecuadas, estas moléculas recalcitrantes pueden destruirse por completo, sin dejar productos intermedios y produciendo solo sustancias inofensivas, como dióxido de carbono, agua y sales de fluoruro, que a menudo se agregan al agua municipal y la pasta de dientes.

¿Cómo empezaste a diseñar este reactor?

Novosselov :Lo diseñamos originalmente para descomponer los agentes de guerra química, que también son muy difíciles de destruir. Nos tomó cinco años hacer el reactor. Hubo preguntas significativas como, ¿cómo mantenemos las cosas a esa presión? Dentro del reactor, la presión es 200 veces mayor que al nivel del mar. Otra pregunta que teníamos era:¿Cómo nos aseguramos de que el reactor se encienda y funcione a una temperatura designada en modo continuo? Se convirtió en un proyecto de ingeniería, pero después de todo, somos ingenieros.

¿Cómo funciona el reactor?

Novosselov :Todo está dentro de un tubo grueso de acero inoxidable de aproximadamente un pie de largo y una pulgada de diámetro. Podemos variar la temperatura en el interior para determinar qué tan caliente debemos ir para destruir completamente un químico. Algunos productos químicos requieren 400 C (752 F), algunos 650 C (1202 F).

En la parte superior del reactor, inyectamos continuamente combustible piloto, aire y el químico que queremos destruir, por ejemplo:PFOS, en el agua supercrítica. El combustible proporciona el calor necesario para que la mezcla permanezca supercrítica y el PFOS se mezcla rápidamente con este medio agresivo. En general, el tiempo de reacción es inferior a un minuto. En el fondo del reactor, la mezcla se enfría para producir una descarga tanto líquida como gaseosa. Podemos analizar lo que hay tanto en la fase líquida como gaseosa para medir si hemos destruido la sustancia química.

¿Qué encontraste?

Novosselov :Hicimos el mismo experimento con PFOS y PFOA, porque ambos están regulados por la EPA. Vimos que el PFOA desaparece en condiciones supercríticas leves (alrededor de 400 grados C o 750 F), pero el PFOS no. Tomó hasta que alcanzamos los 610 grados C (1130 F) para ver la destrucción de PFOS. A esa temperatura, el PFOS y todos los intermediarios fueron destruidos en cuestión de 30 segundos.

A temperaturas más bajas, los experimentos con PFOS mostraron la formación de una variedad de moléculas intermedias, incluido el PFOA. Algunos de estos productos de descomposición salieron en la fase líquida, lo que significa que podrían estar presentes en las aguas residuales en los sitios de fabricación que usan productos químicos para siempre. Pero otros productos intermedios están surgiendo en la fase gaseosa, lo cual es problemático porque las emisiones de gas no suelen estar reguladas. Estas moléculas contienen el elemento flúor y sabemos que este tipo de gases contribuyen al efecto invernadero. En este momento, no tenemos una forma de monitorear la contaminación del gas en tiempo real, y no sabemos cuánto produciríamos o incluso su composición química exacta.

¿Qué sigue para este proyecto?

Novosselov :Tenemos algunos próximos pasos. Hemos estado usando el reactor para ver qué tan bien destruye otros químicos para siempre además de PFOS y PFOA. También estamos evaluando qué tan bien podría funcionar esta tecnología en escenarios del mundo real. Probablemente no puedas tratar a todo el océano así, por ejemplo. Pero posiblemente podríamos usar esto para tratar problemas existentes, como desechos químicos permanentes en los sitios de fabricación.

La contaminación química permanente es un gran problema y no desaparecerá. Estamos emocionados de trabajar en ello y colaborar con los reguladores y grupos líderes en la academia y la industria para encontrar la solución. + Explora más

La EPA designará a los 'químicos para siempre' como sustancias peligrosas