اكتشف علماء طريقة جديدة لتفكيك "المواد الكيميائية الأبدية''، وهي ملوّثات موجودة في مجارينا المائية وتهدد الصحة العامة، ما يساهم في زيادة قائمة الأساليب المحتملة للتعامل معها.
وكان أُعلن عن طريقة بسيطة منخفضة الطاقة لتحطيم بعض المواد الكيميائية، ولكن ليس كلّها، في آب (أغسطس) من قبل باحثين في جامعة نورث وسترن، الذين وصفوا كيف أن هذه المواد الكيميائية الاصطناعية ذات السلسلة الطويلة والمترابطة بإحكام - والتي كان يُعتقد ذات مرة أنه من المستحيل أن تتحلل بدون قدر كبير من الطاقة - "تنهار" في ظل ظروف معتدلة بشكل غير متوقع.
والآن، أفاد فريق من العلماء في جامعة كاليفورنيا (UC) ريفرسايد عن طريقة بديلة للشحن الفائق لتدمير المواد الكيميائية PFAS في الماء.
ويُستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية وغاز الهيدروجين لتفكيك هذه المواد الضارة الموجودة في إمدادات الشرب.
وتم استخدام PFAS الطويل الأمد (مواد per- وpolyfluoroalkyl) على نطاق واسع لعقود من الزمن كعوامل غير لاصقة ومقاومة للماء، حيث وجدت طريقها إلى كل شيء من رغوة مكافحة الحرائق إلى مستحضرات التجميل. وأُطلق عليها لاحقا اسم "المواد الكيميائية الأبدية" نظراً لحقيقة استمرارها في البيئة، وقد تم العثور عليها في مستويات عالية مثيرة للقلق في مياه الشرب حول العالم وترتبط بمشاكل صحية، مثل سرطان الكبد.
ويقول هايتشو ليو، وهو مهندس كيميائي وبيئي في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، وباحث أول في الفريق الذي طوّر عملية براءة الاختراع الجديدة المعلّقة والتي لا تولِّد أي منتجات ثانوية غير مرغوب فيها: "ميزة هذه التكنولوجيا هي أنها مستدامة للغاية". فإذا وضعنا جانباً الروافع التنظيمية التي تحدّ من مخاطر التلوُّث البيئي، فهناك جزءان لحل مشكلة PFAS. الأول ينطوي على إزالة المواد من الموارد البيئية، مثل ترشيح إمدادات مياه الشرب (غالباً باستخدام الكربون) - وهي مهمة أسهل من تنظيف التربة الملوّثة أو المياه الجوفية. والخطوة التالية، والأكثر صعوبة، هي التخلُّص من المواد الكيميائية المركزة PFAS أو تدميرها دون خلق أي مواد ضارة أخرى في هذه العملية. ويمكن حرق PFAS في درجات حرارة عالية، على سبيل المثال، ولكن هذا مُكلِف، كما أن حرق المنتجات التي تحتوي على PFAS قد يؤدي إلى انتشارها بشكل أكبر.
وهذا هو المكان الذي تأتي فيه العملية الجديدة. فهي تعمل عن طريق فقاعات غاز الهيدروجين (H2) من خلال المياه الملوّثة لتأيين جزيئات الماء (H2O). وهذا يولد أنواعاً تفاعلية، بما في ذلك الإلكترونات الرطبة، التي تهاجم بعد ذلك الروابط القوية التي تربط مواد PFAS الكيميائية معاً.
ويساعد تفجير الماء بأشعة UV العالية الطاقة والقصيرة الموجة أيضاً على تسريع هذه التفاعلات الكيميائية التي كانت بطيئة جداً بحيث لا تكون مفيدة في البيئات الصناعية.
وحتى الآن، اختبر الباحثون طريقتهم فقط على كميات صغيرة (500 مليلتر أو 17 أوقية سائلة) من ماء الصنبور مع PFOA وPFOS، وهما نوعان من المواد الكيميائية الدائمة.
لكنهم حققوا تدهوراً سريعاً وشبه كامل للملوّثات في دفعات الاختبار هذه باستخدام طاقة كهربائية أقل من المحاولات السابقة.
وأدّت الضربة المزدوجة لغاز الهيدروجين والأشعة فوق البنفسجية إلى تحلل 95 في المئة من المواد الكيميائية PFOA وPFOS خلال 45 دقيقة من معالجة المياه، وما يصل إلى 97 في المئة بشكل عام. لكن الطريقة لا تزال بحاجة إلى بعض التحسين لأنه حتى في المستويات التي بالكاد يمكن اكتشافها، فإن المواد الكيميائية PFAS تعتبر خطيرة، وفقا للسلطات الصحية.
وهذه ليست المرة الأولى التي يحاول فيها الباحثون إطلاق المواد الكيميائية PFAS لتكسيرها. ويعمل فريق آخر في جامعة كلاركسون في نيويورك مع القوات الجوية الأميركية لمعالجة المياه الملوّثة بالسلفونات المشبعة بالفلور، باستخدام مفاعلات البلازما وغاز الأرجون لفصل جزيئات PFAS عن بعضها. وغاز البلازما مؤين مصنوع من إلكترونات حرة وأيونات موجبة. وفي الاختبارات التجريبية للمياه الملوّثة التي تم تطهيرها من آبار المراقبة في مواقع القوات الجوية، أدت المعالجة في مفاعلات البلازما لمدة تصل إلى 50 دقيقة إلى تدهور ما بين 36 و99 في المئة من المواد الكيميائية PFAS، بعضها أسرع من البعض الآخر.
ومع وجود مشكلة بهذا الحجم، نحتاج إلى النظر في جميع الخيارات المطروحة على الطاولة. وقالت المهندسة الكيميائية سيلما ميدوفيتش ثاغارد، من جامعة كلاركسون لمجلة إيوس التابعة للاتحاد الجيوفيزيائي الأميركي: "الإجماع العام هو أنه لا يوجد حل واحد يناسب الجميع" لمحلول الكيماويات الأبدية.
ويعتقد باحثو جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد أنه يمكنهم جعل عمليتهم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة أيضاً، عن طريق اختبار مصادر الضوء الأخرى منخفضة الطاقة والعبث في إعدادها لتعزيز انتشار غاز الهيدروجين عبر الماء.
وسيكون هذا مهماً إذا كانت التكنولوجيا ستحظى بفرصة الارتقاء من التجارب المعملية بأنابيب الاختبار إلى التطبيقات الصناعية في العالم الحقيقي، حيث كانت العقبة الرئيسية أمام الطرق الأخرى.
نُشر البحث في مجلة Journal of Hazardous Materials Letters. (عن "ساينس ألرت")