Materiały nanostrukturalne szansą na pozbycie się „wiecznych chemikaliów”
Na początku 2023 roku Europejska Agencja Chemikaliów opublikowała wniosek w sprawie proponowanego zakazu stosowania wszystkich substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS), potocznie nazywanych „wiecznymi chemikaliami” (ang. forever chemicals). Niestety, taki zakaz nic nie poradzi w przypadku miejsc już skażonych związkami PFAS, których w Europie mamy przeszło 17 000. Niepokojące są również dane Europejskiej Agencji Środowiska, według których ekspozycja na PFAS może prowadzić do takich problemów zdrowotnych, jak uszkodzenie wątroby, choroby tarczycy, otyłość, zaburzenia płodności czy nowotwory złośliwe. „Powodem, dla którego PFAS są nazywane »wiecznymi chemikaliami«, jest fakt, że są one niezwykle trwałe i trudne do usunięcia zarówno ze środowiska, jak i z ludzkiego ciała”, podkreśla Jelena Radjenovic, profesor Katalońskiego Instytutu Badań nad Wodą (ICRA). Jednak dzięki pracom prowadzonym w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu ELECTRON4WATER naukowcy znaleźli rozwiązanie, które powinno poradzić sobie z PFAS. „Projekt ten miał na celu opracowanie nowych materiałów nanostrukturalnych, które – jeśli zostaną zastosowane jako elektrody w elektrochemicznych systemach uzdatniania wody – mogą pomóc w niszczeniu trwałych i toksycznych mikrozanieczyszczeń organicznych”, dodaje Radjenovic, która pełniła rolę koordynatorki projektu.
Zalety elektrochemicznych systemów uzdatniania wody
Jak dowiadujemy się od Radjenovic, elektrochemiczne systemy uzdatniania wody nie są wcale nowym rozwiązaniem. „Mają one wiele zalet w porównaniu z innymi zaawansowanymi technologiami oczyszczania”, wyjaśnia. „Nie wymagają na przykład stosowania odczynników chemicznych ani nie tworzą strumieni odpadów resztkowych, są przy tym solidne i mają wszechstronne zastosowanie”. Co najważniejsze, mogą one rozkładać nawet najbardziej trwałe PFAS wyłącznie za pomocą prądu. Dlaczego więc takie systemy nie są wdrażane w celu wyeliminowania tych związków chemicznych z naszych sieci wodociągowych? „Zastosowanie elektrochemicznych systemów uzdatniania wody na dużą skalę było dotąd utrudnione z uwagi na ograniczenia technologiczne istniejących materiałów elektrodowych”, twierdzi Radjenovic.
Nowy rodzaj nanomateriałów
Zatem nanostrukturalne materiały opracowane w ramach projektu ELECTRON4WATER mogą stać się w tej sytuacji prawdziwym przełomem. Dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych uczeni skupieni wokół tego projektu wykorzystali metody nanotechnologiczne do stworzenia elektrod z gąbki grafenowej – pierwszego materiału anodowego o wykazanej w badaniach obojętności elektrochemicznej na chlorki, który posiada zdolność rozkładu PFAS. „Ten przełomowy materiał pozwala ominąć dwa główne wąskie gardła technologii elektrochemicznej, jakimi są powstawanie toksycznych chlorowanych produktów ubocznych w obecności chlorku oraz wysoka cena dostępnych na rynku anod”, zauważa Radjenovic. Jeśli chodzi o tę drugą kwestię, koszt opracowanych przez zespół projektu elektrod z gąbki grafenowej wynosi mniej niż 50 euro za metr kwadratowy, podczas gdy ceny wielu komercyjnych anod wahają się od 3 000 do 5 000 euro.
Następna generacja elektrochemicznych metod uzdatniania wody
Dzięki dużej powierzchni, przestrajalnym właściwościom i kwantowej naturze wytworzone nanomateriały, które udało się opracować naukowcom z projektu ELECTRON4WATER, oferują możliwość udoskonalenia następnej generacji elektrochemicznych systemów uzdatniania wody. „Jestem dumna z tego, że pomogłam stworzyć coś naprawdę nowatorskiego w dziedzinie inżynierii środowiska, ponieważ obecnie dysponujemy rozwiązaniem, które miejmy nadzieję stanie się jedną z technologii platformowych do niszczenia tak zwanych »wiecznych chemikaliów«”, mówi Radjenovic. Obecnie naukowcy kończą ostatnie badania w ramach projektu. Koncentrują się również na budowie prototypu, który pozwoli im zademonstrować zdolność nowego materiału do niszczenia PFAS zarówno w złożonych strumieniach odpadów, jak i prostszych układach, takich jak woda wodociągowa. Prace te są prowadzone w ramach finansowanego z unijnych środków projektu GRAPHEC. „Ostatecznym celem jest znalezienie odpowiedzi na kilka pytań związanych z oceną technologii w dłuższej perspektywie, które są kwestiami często podnoszonymi przez naszych partnerów z sektora przemysłu, a także wprowadzenie tej technologii i jej praktyczne zastosowanie do niszczenia PFAS i uzdatniania zanieczyszczonej wody”, podsumowuje Radjenovic.
Słowa kluczowe
ELECTRON4WATER, PFAS, wieczne chemikalia, forever chemicals, substancje chemiczne, materiały nanostrukturalne, nanotechnologia, Europejska Agencja Chemikaliów, Europejska Agencja Środowiska, woda, elektrody, elektrochemiczne systemy uzdatniania wody, grafen, GRAPHEC
