Usar utensilios de cocina antiadherentes para freír tocino y huevos puede hacerle la vida más fácil en ese momento, pero los científicos creen que puede haber consecuencias a largo plazo porque los químicos utilizados para hacerlo antiadherente son muy difíciles de destruir. Las sustancias de perfluoroalquilo y polifluoroalquilo, comúnmente conocidas como PFAS y a menudo llamadas sustancias químicas permanentes, están en todas partes.
Los PFAS, un conjunto de miles de productos químicos que existen al menos desde la década de 1950, se utilizan para una amplia variedad de cosas, desde el protector contra manchas en algunas prendas de vestir y ropa de cama hasta los envoltorios de alimentos de las hamburguesas.
El problema es que los procesos naturales son ineficaces para descomponer los PFAS, por lo que se acumulan en el medio ambiente y en el cuerpo, de forma muy parecida a como lo hace la espuma de poliestireno en un vertedero. Los expertos en ciencia e industria están buscando formas de evitar que se produzca contaminación con PFAS en el futuro, pero también pretenden reducir la que ya existe en el mundo hoy.
Resulta que los haces de electrones de alta energía son excelentes candidatos para destruir los PFAS en el medio ambiente. Investigadores del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de EE. UU., en colaboración con 3M, han demostrado con éxito que un haz de electrones puede destruir los dos tipos más comunes de PFAS en el agua:PFOA y PFOS.
"El haz de electrones es una tecnología prometedora para descomponer los PFAS en grandes volúmenes de agua que contienen altas concentraciones de PFAS", afirmó el investigador principal del Fermilab, Charlie Cooper.
El equipo del Fermilab, que incluye a la científica Slavica Grdanovska, el ingeniero físico Yichen Ji y Cooper, utilizó un acelerador de haz de electrones en el laboratorio para sus pruebas. Utilizado para pruebas de prueba de concepto, el acelerador de demostración y desarrollo de aplicaciones de acelerador, o A2D2, en el Centro de investigación de aceleradores de Illinois en el campus de Fermilab también está disponible para la industria, las universidades y otros laboratorios federales como herramienta de investigación.
"El hecho de que estuviéramos trabajando con 3M, un experto mundial en PFAS, fue realmente la primera vez que teníamos expertos en radiación ionizante, aceleradores de haces de electrones y PFAS trabajando en el mismo proyecto", dijo Cooper.
Los métodos convencionales de tratamiento de agua, como la ósmosis inversa, el carbón activado granular o la resina de intercambio iónico, no destruyen las PFAS; simplemente concentran las PFAS en una forma que posteriormente requiere tratamiento o eliminación. En algunos casos, las técnicas convencionales de tratamiento del agua pueden incluso empeorar la contaminación ambiental.
Por el contrario, el haz de electrones destruye activamente los productos químicos permanentes y lo hace rápidamente, lo que permite tratar un mayor volumen de agua en el mismo tiempo que otros métodos. Las moléculas de PFAS son difíciles de descomponer porque contienen un enlace carbono-flúor, que es muy fuerte y es la razón por la que los PFAS se utilizan comúnmente en la industria de fabricación de productos químicos. Pero la fuerza de ese vínculo C-F es también la razón por la que no se descomponen en la naturaleza. Sin embargo, el haz de electrones es muy eficaz para romper el enlace C-F.
Los haces de electrones podrían usarse en métodos de bombeo y tratamiento, un enfoque común de tratamiento de aguas subterráneas, o en una instalación de fabricación, tratando directamente los flujos de desechos antes de que abandonen la instalación.
El equipo de Fermilab utilizó muestras de agua contaminada con PFAS proporcionadas por 3M que se sellaron en recipientes herméticos del tamaño de un marcador de pizarra. Cada uno de los contenedores estaba hecho de vidrio de borosilicato, que no se vería afectado significativamente por la exposición a haces de electrones, y se colocó un sello de aluminio sobre el vidrio con un trozo de caucho libre de PFAS entre el aluminio y el vidrio. Se tuvo mucho cuidado para garantizar que no hubiera PFAS en ninguno de los materiales utilizados para albergar las muestras. Fermilab irradió estas muestras con el haz de electrones y las envió de regreso a 3M.
3M tomó muestras tanto del espacio superior (el aire en la parte superior del contenedor) como del líquido para verificar que los PFAS en cuestión habían sido destruidos sin liberar productos peligrosos al aire.
Los PFAS prevalecen en muchas industrias, al igual que la dependencia humana de productos esenciales que contienen PFAS, como computadoras y baterías de iones de litio. Uno de los productos que contienen PFAS más problemáticos en términos de contaminación ambiental ha sido históricamente la espuma formadora de película acuosa, o AFFF, que se utilizaba para combatir incendios en aeropuertos y en el ejército; está hecho de PFOA y PFOS.
Cuando se rocía AFFF sobre un líquido, este se mueve hacia la superficie y extingue el fuego evitando que llegue oxígeno. Pero, cuando se usa, puede filtrarse al suelo y al agua subterránea. AFFF se ha utilizado en los Estados Unidos y en todo el mundo durante décadas, principalmente en la industria militar y de la aviación. Recientemente, tanto el gobierno como la industria comenzaron a examinar sustitutos sin PFAS. Sin embargo, no existen alternativas en muchas aplicaciones y son difíciles de encontrar o funcionan con menor eficacia.
Aunque los haces de electrones son muy eficaces para descomponer conjuntos completos de compuestos de PFAS, hasta ahora no se han probado todos los compuestos. Los investigadores descubrieron que todos los compuestos PFAS que la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. está considerando regular en el agua potable fueron efectivamente destruidos por la tecnología de haz de electrones. Pero puede haber tipos de PFAS que un haz de electrones no pueda destruir.
Continúan las investigaciones en varios frentes para encontrar alternativas a las PFAS. Al mismo tiempo, los líderes de la ciencia y la industria seguirán buscando y mejorando métodos para erradicar para siempre estas sustancias químicas del medio ambiente. Fermilab y su tecnología de haz de electrones están a la vanguardia de esta investigación.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi
