PFAS nas zatruwają, ale ich zniszczenie jest nadal trudne i kosztowne. Odpowiedzi na to pytanie może udzielić jeden szwajcarski start-up.
Toksyczne chemikalia dotarły aż do Oceanu Arktycznego, a niedawno odkryto, że uderzają w nasze wybrzeża w grzbiecie oceanicznej mgły, co sprawia, że ich usunięcie ze środowiska staje się jeszcze bardziej konieczne.
Jak dotąd rekultywacja per- lub polifluorowanych substancji alkilowych (PFAS) napotykała na przeszkody. Według brytyjskiego badania przemysłu wodnego (UKWIR) w Wielkiej Brytanii usunięcie wszystkich trwałych chemikaliów ze ścieków może kosztować 21 miliardów funtów (około 25 miliardów euro).
Nawet gdybyśmy zapłacili ten rachunek, skuteczność dostępnej technologii nadal wisi pod znakiem zapytania.
Jednak szwajcarska firma Oxyle odkryła sposób na radykalne oczyszczenie wody zanieczyszczonej PFAS przy jednoczesnym obniżeniu kosztów.
„Wiele wody butelkowanej zawiera PFAS” – mówi Fajer Mushtaq, współzałożyciel Oxyle. „Po naszym leczeniu mamy jeszcze mniej wody pitnej w butelce”.
Technologia opiera się na pracy doktorskiej Mushtaq w ETH Zurich, gdzie opracowała nanocząsteczki, które mogą utleniać i niszczyć PFAS. Dorastała w Delhi, a jej badania były inspirowane kryzysem wodnym w mieście.
„Brak dostępu do wody, kiedy tylko chcę, lub brak racjonowania jej w miesiącach letnich, odbija się na tobie” – mówi. „Od dziecka wiedziałam, że to naprawdę ważny zasób, który należy cenić i wiedzieć, co się stanie, jeśli nie zadba się o niego odpowiednio”.
Dlaczego usunięcie PFAS jest tak trudne?
Odporne na ciepło i wodoodporne właściwości PFAS czynią je atrakcyjnymi materiałami na wytrzymałe produkty konsumenckie (takie jak patelnie z powłoką nieprzywierającą, wodoodporne ubrania i tkaniny plamoodporne), ale oznacza to również, że są trudne do zniszczenia.
Kiedy pierzemy ubrania zawierające te wiecznie chemikalia, niechcący wysyłamy je do naszych dróg wodnych poprzez ścieki. PFAS są także obecne w niektórych pestycydach i piankach gaśniczych.
Dokładny wpływ, jaki PFAS może mieć na nasze zdrowie, wciąż się wyłania, ale badania na zawsze powiązały substancje chemiczne z niektórymi nowotworami (w tym nerkami i prostatą), obniżonym układem odpornościowym, zmianami hormonalnymi i wysokim ciśnieniem krwi.
Ich uwalnianie do środowiska ma charakter endemiczny, a ponieważ rozkład niektórych PFAS trwa ponad 1000 lat, nagromadziły się one w ogromnych ilościach. Sama ich wszechobecność stanowi kosztowny problem.
„Nie bez powodu nazywa się je „wiecznymi chemikaliami”” – mówi Karyn Georges, współautorka artykułu UKWIR na temat rozwiązań PFAS. „Nie ulegają łatwo biodegradacji. Nie jest łatwo je usunąć. Dlatego w pierwszej kolejności ich użyto.”
Sprawę komplikuje różnica między PFAS. „Istnieje ponad 10 000 różnych PFAS” – kontynuuje Georges. „Obejmują cały szereg właściwości fizykochemicznych, mam na myśli różne sposoby, w jakie można je potencjalnie usunąć”.
Metody rekultywacji PFAS można w dużej mierze podzielić na trzy kategorie: adsorbenty, separacja i niszczenie.
Adsorbenty i separacja skutecznie usuwają PFAS ze ścieków, ale żadne z nich nie eliminuje szkodliwych substancji chemicznych.
W adsorpcji zazwyczaj wykorzystuje się granulowany węgiel aktywny (GAC) do usuwania PFAS ze ścieków. Pozostały węgiel zostaje następnie zanieczyszczony i wymaga utylizacji, ale wysłanie go na składowisko grozi dalszym zanieczyszczeniem, ponieważ PFAS przedostają się do gleby i wód gruntowych.
„Musisz je zniszczyć, w przeciwnym razie po prostu rozprzestrzenią się do różnych mediów, czy to szlamu, czy nawet powietrza” – mówi Georges.
W 2021 r. UKWIR określił spalenie jako jedyny sposób na trwałe zniszczenie PFAS. Zwykle wymaga to spalania w temperaturach powyżej 1000°C i zużywania ogromnych ilości energii.
W niektórych badaniach kwestionowano, czy spalanie całkowicie niszczy PFAS, czy też pozwala cząstkom unoszącym się w powietrzu na ucieczkę i zanieczyszczenie powietrza.
Może również uwalniać gazy cieplarniane, takie jak tetrafluorometan i heksafluoroetan.
Jak działa Oxyle?
„Posługujemy się wyłącznie technologią niszczenia” – mówi Mushtaq. „Utleniamy i redukujemy te chemikalia”.
Oxyle usuwa PFAS poprzez rozrywanie wiązań między cząsteczkami, rozbijając długie i krótkie łańcuchy na części kompozytowe, które można bezpiecznie usunąć.
„Powiedzmy, że masz wiązanie węgiel-wodor. Łamiemy to. Masz wiązanie węgiel-fluorek, rozrywasz je” – mówi Mushtaq. „Pod koniec leczenia pozostaje tylko CO2, cząsteczki wody, niektóre fluorki, siarczany i minerały – w zasadzie cegiełki”.
Wyjaśnia, że ta chemia nie jest nowa i jest już stosowana w kilku firmach. To, co wyróżnia Oxyle, to sposób, w jaki wytwarza energię ułatwiającą reakcję.
Tam, gdzie inni mogą przepuszczać prąd przez elektrody lub oświetlać ścieki światłem UV (zarówno w procesach kosztownych, jak i energochłonnych), Oxyle wykorzystuje energię mechaniczną, taką jak wibracje wytwarzane przez pęcherzyki lub przepływ wody.
Następnie nanoporowaty materiał powstały podczas doktoratu Mushtaqa nakłada na wodę, gdzie tworzy katalizator. „Ulega aktywacji i zaczyna dzielić wodę, tworząc różne związki chemiczne, które są w stanie rozerwać wiązania cząsteczek PFAS” – mówi.
Stosowanie bąbelków zmniejsza zużycie energii Oxyle o co najmniej 15 procent, a w niektórych przypadkach nawet o 60 procent. „Energia jest największym czynnikiem wpływającym na koszty technologii niszczenia” – mówi Mushtaq, co oznacza, że firma Oxyle może zaoferować niższe koszty operacyjne niż jej konkurenci.
„Nasza technologia jest dość modułowa” – kontynuuje. „Każdy reaktor może przetwarzać około 10 metrów kostek na godzinę, czyli 10 000 litrów na godzinę”.
Daje to firmie Oxyle elastyczność w zakresie zwiększania skali działalności i dodawania większej liczby reaktorów dla większych klientów.
Z kim współpracuje Oxyle?
Uzdatnianie PFAS w ściekach to kosztowna działalność, która według Georgesa jest w dużej mierze pokrywana z rachunków za wodę.
„Za usunięcie dzieci płaci społeczeństwo brytyjskie” – mówi. „Firmy produkujące te chemikalia powinny na przykład płacić przedsiębiorstwom wodociągowym za usunięcie tych chemikaliów”.
Oxyle ma już na celowniku takie firmy produkujące PFAS. „To głównie gracze przemysłowi” – mówi Mushtaq. „Ci, którzy albo produkują te chemikalia i muszą oczyszczać ścieki, albo zanieczyścili pobliskie obiekty i muszą przeprowadzić rekultywację”.
W zeszłym roku firma Oxyle zakończyła pilotaż ze szwajcarską firmą chemiczną CIMO, polegającą na uzdatnianiu wód gruntowych zanieczyszczonych PFAS. Mushtaq twierdzi, że Oxyle codziennie przez sześć miesięcy usuwał 99 procent związków zanieczyszczających środowisko.
„Najlepsze było to, że udało nam się to osiągnąć przy wartości energetycznej, jakiej nigdy wcześniej nie widziano na placu budowy” – mówi. Zużycie energii wynosiło nieco ponad dwa kilowaty na metr sześcienny w ciągu godziny. „Najbliższa konkurencja to około 20 kilowatogodzin, czyli 10 razy więcej”.
Granice usuwania PFAS
Niemniej jednak Oxyle walczy z monumentalną falą. Biorąc pod uwagę całe historyczne zanieczyszczenie PFAS i ciągłe potoki przedostające się do środowiska, będziemy potrzebować czegoś więcej niż tylko środków zaradczych, aby pozbyć się na zawsze chemikaliów.
„Nie usuwamy go tak szybko, jak powstaje zanieczyszczenie” – mówi Shubhi Sharma, badacz z CHEM Trust. „Zatrzymanie zanieczyszczeń u źródła musi być priorytetem. Technologie remediacyjne można stosować równolegle, ale są one tynkiem.”
Chociaż UE zaproponowała całkowity zakaz sprzedaży 10 000 PFAS od 2026 r., Sharma twierdzi, że regulacje w Wielkiej Brytanii utknęły w martwym punkcie.
„Brak działań w Wielkiej Brytanii w sprawie regulacji dotyczących PFAS jest szokujący” – mówi. Wyjaśnia, że przed Brexitem szereg traktatów międzynarodowych ograniczał PFOS, PFHxS, PFOA i TDFA (cztery rodzaje PFAS, które wzbudziły międzynarodową uwagę ze względu na ich wpływ na zdrowie i środowisko), ale od tego czasu nie wprowadzono żadnych nowych przepisów.
„Rząd Wielkiej Brytanii musi dostosować się do UE i zaproponować również uniwersalne ograniczenie PFAS”.
Ale ostrzega, że nie ma natychmiastowego lekarstwa na PFAS. PFOS został zakazany przez Konwencję Sztokholmską w 2009 roku, a mimo to nadal pojawia się w środowisku ze względu na swoją trwałość.
„Jako firma zajmująca się rekultywacją PFAS, będziemy istnieć przez dziesięciolecia” – mówi Mushtaq. „Im szybciej zakażemy ich używania, tym lepiej, ponieważ mniej potrzeba środków zaradczych”.
