18 августа 2022 года.
Химические вещества PFAS поначалу казались хорошей идеей. Как тефлон, они облегчали мытье кастрюль, начиная с 1940-х годов. Они делали куртки водонепроницаемыми, а ковры — устойчивыми к пятнам. Обертки для пищевых продуктов, пена для пожаротушения и даже косметика казались лучше благодаря перфторалкильным и полифторалкильным веществам.
Затем тесты стали обнаруживать PFAS в крови людей.
Сегодня PFAS повсеместно присутствуют в почве, пыли и питьевой воде по всему миру. Исследования показывают, что они находятся в организме 98 % американцев, где их связывают с проблемами со здоровьем, включая заболевания щитовидной железы, повреждения печени, рак почек и яичек. В настоящее время насчитывается более 9 000 типов PFAS. Их часто называют «вечными химикатами», поскольку те же свойства, которые делают их такими полезными, гарантируют, что они не распадаются в природе.
Ученые работают над методами улавливания и уничтожения этих синтетических химикатов, но это не так просто.
Последнее открытие, опубликованное 18 августа 2022 года в журнале Science, показывает, как один класс PFAS может быть разложен на практически безвредные компоненты с помощью гидроксида натрия, или щелочи, — недорогого соединения, используемого в мыле. Это не является немедленным решением этой огромной проблемы, но предлагает новое понимание.
Биохимик А. Дэниел Джонс и почвовед Хуэй Ли работают над решением проблемы PFAS в Мичиганском государственном университете и рассказали о перспективных методах уничтожения PFAS, которые тестируются сегодня.
Как PFAS попадают из повседневных продуктов в воду, почву и, в конечном счете, в организм человека?
Существует два основных пути попадания PFAS в организм человека — питьевая вода и потребление пищи.
PFAS могут попасть в почву при внесении в почву биосолидов, то есть осадка, образующегося при очистке сточных вод, и выщелачиваться из мусорных свалок. Если загрязненные биосолиды вносятся на сельскохозяйственные поля в качестве удобрения, PFAS могут попасть в воду и в урожай и овощи.
Например, домашний скот может потреблять PFAS через сельскохозяйственные культуры, которые он ест, и воду, которую он пьет. В штатах Мичиган, Мэн и Нью-Мексико были зафиксированы случаи повышенного содержания PFAS в говядине и молочных коровах. Насколько велик потенциальный риск для человека, пока неизвестно.
Ученые из нашей группы в Мичиганском государственном университете работают над материалами, добавляемыми в почву, которые могут помешать растениям поглощать PFAS, но при этом PFAS останутся в почве.
Проблема в том, что эти химикаты повсюду, и в воде или почве нет естественных процессов, которые бы их расщепляли. Многие потребительские товары содержат PFAS, включая косметику, зубную нить, гитарные струны и лыжный воск.
Как сейчас осуществляются проекты по устранению загрязнения PFAS?
Существуют методы их фильтрации из воды. Например, химические вещества прилипают к активированному углю. Но эти методы дороги для масштабных проектов, и вам все равно придется избавляться от химикатов.
Например, рядом с бывшей военной базой в Сакраменто, штат Калифорния, есть огромный резервуар с активированным углем, который забирает около 1500 галлонов загрязненных грунтовых вод в минуту, фильтрует их и затем закачивает под землю. Этот проект по восстановлению окружающей среды обошелся более чем в 3 миллиона долларов, но он предотвращает попадание PFAS в питьевую воду, которой пользуется население.
Фильтрация — это только один шаг. После улавливания PFAS необходимо утилизировать активированный уголь с PFAS, а PFAS по-прежнему перемещается. Если вы захороните загрязненные материалы на свалке или в другом месте, PFAS со временем вытечет наружу. Поэтому поиск способов его уничтожения крайне важен.
Какие наиболее перспективные методы разрушения PFAS нашли ученые?
Самый распространенный метод уничтожения PFAS — сжигание, но большинство PFAS удивительно устойчивы к сжиганию. Именно поэтому они входят в состав противопожарных пен.
ПФАС содержат несколько атомов фтора, присоединенных к атому углерода, а связь между углеродом и фтором является одной из самых прочных. Обычно, чтобы сжечь что-то, нужно разорвать связь, но фтор сопротивляется отрыву от углерода. Большинство PFAS полностью разрушается при температуре сжигания около 1 500 градусов Цельсия (2 730 градусов по Фаренгейту), но это энергозатратно, а подходящих мусоросжигательных заводов мало.
Существует еще несколько экспериментальных методик, которые являются многообещающими, но не были масштабированы для обработки больших количеств химикатов.
Группа специалистов компании Battelle разработала метод сверхкритического окисления воды для уничтожения PFAS. Высокие температуры и давление изменяют состояние воды, ускоряя химические процессы, что позволяет уничтожать опасные вещества. Однако масштабирование остается сложной задачей.
Другие работают с плазменными реакторами, которые используют воду, электричество и газ аргон для разрушения PFAS. Они работают быстро, но их также нелегко масштабировать.
Метод, описанный в новой статье, разработанный учеными из Северо-Западного университета, является многообещающим с точки зрения того, что они узнали о том, как разрушить PFAS. Он не подходит для промышленной обработки, и в нем используется диметилсульфоксид, или ДМСО, но эти выводы помогут в будущих открытиях, чтобы понять, что может сработать.
Что мы можем увидеть в будущем?
Многое будет зависеть от того, что мы узнаем о том, откуда в основном поступают ПФАС в организм человека.
Если воздействие происходит в основном из питьевой воды, то потенциально существует больше методов. Возможно, в конечном итоге их можно будет уничтожать на бытовом уровне с помощью электрохимических методов, но есть и потенциальные риски, которые еще предстоит выяснить, например, превращение обычных веществ, таких как хлорид, в более токсичные побочные продукты.
Главная задача при устранении последствий — убедиться, что мы не усугубим проблему, выпустив другие газы или создав вредные химические вещества. Люди давно пытаются решить проблемы и усугубляют их. Холодильники — отличный пример. Фреон, хлорфторуглерод, был решением проблемы вместо токсичного и огнеопасного аммиака в холодильниках, но затем он стал причиной разрушения стратосферного озона. На смену ему пришли гидрофторуглероды, которые теперь способствуют изменению климата.
Если и можно извлечь какой-то урок, то он заключается в том, что нам необходимо продумать весь жизненный цикл продукции. Как долго нам действительно нужны химикаты?
Авторы: А. Дэниел Джонс, профессор биохимии Мичиганского государственного университета, и Хуэй Ли, профессор химии окружающей среды и почв Мичиганского государственного университета.
