Wie lange müssen Chemikalien wirklich haltbar sein? Andrew Brookes über Getty Images
PFAS-Chemikalien schienen zunächst eine gute Idee zu sein. Als TeflonAb den 1940er Jahren erleichterten sie die Reinigung von Töpfen. Sie machten Jacken wasserdicht und Teppiche schmutzabweisend. Lebensmittelverpackungen, Feuerlöschschaum und sogar Make-up schienen mit Perfluoralkyl- und Polyfluoralkylsubstanzen besser zu sein.
Dann begannen die Tests mit der Erkennung PFAS im Blut der Menschen.
Heutzutage sind PFAS in Böden, Staub und Trinkwasser auf der ganzen Welt weit verbreitet. Studien deuten darauf hin, dass sie dabei sind 98 % der Körper der Amerikaner, wo sie waren mit gesundheitlichen Problemen verbunden einschließlich Schilddrüsenerkrankungen, Leberschäden sowie Nieren- und Hodenkrebs. Es gibt jetzt über 9,000 Typen von PFAS. Sie werden oft als „ewige Chemikalien“ bezeichnet, weil sie dieselben Eigenschaften haben, die sie auch so nützlich machen Stellen Sie sicher, dass sie in der Natur nicht zerfallen.
Der Industrieriese 3M, der seit Jahrzehnten PFAS für viele Verwendungszwecke herstellt, sieht sich mit Klagen wegen PFAS-Kontamination konfrontiert. kündigte einen Vergleich in Höhe von 10.3 Milliarden US-Dollar an mit öffentlichen Wasserversorgern am 22. Juni 2023, um bei der Finanzierung von Tests und Behandlungen zu helfen. Das Unternehmen übernimmt keine Haftung im Vergleich, der einer gerichtlichen Genehmigung bedarf. Die Reinigung könnte kosten ein Vielfaches dieser Menge.
Aber wie fängt und zerstört man eine ewige Chemikalie?
Biochemiker A. Daniel Jones und Bodenkundler Hui Li Arbeit an PFAS-Lösungen an der Michigan State University und erläuterte die vielversprechenden Techniken, die heute getestet werden.
Wie gelangen PFAS aus Alltagsprodukten ins Wasser, in den Boden und schließlich in den Menschen?
Es gibt zwei Hauptexpositionswege, über die PFAS in den Menschen gelangt: Trinkwasser und Lebensmittelkonsum.
PFAS können durch die Landausbringung von Biofeststoffen, also Schlamm aus der Abwasseraufbereitung, in den Boden gelangen und aus Deponien auslaugen. Wenn es sich um kontaminierte Biofeststoffe handelt als Dünger auf landwirtschaftlichen Feldern ausgebrachtPFAS können ins Wasser sowie in Feldfrüchte und Gemüse gelangen.
Beispielsweise können Nutztiere PFAS über die von ihnen verzehrten Pflanzen und das von ihnen getrunkene Wasser aufnehmen. Da waren Fälle in Michigan gemeldet, Maine und New-Mexiko von erhöhten PFAS-Werten in Rindfleisch und Milchkühen. Wie groß das potenzielle Risiko für den Menschen ist, ist noch unklar weitgehend unbekannt.
Auf einem Bauernhof in Maine wurden Kühe mit hohem PFAS-Gehalt gefunden. Adam Glanzman/Bloomberg über Getty Images
Wissenschaftler unserer Forschungsgruppe an der Michigan State University arbeiten an Materialien, die dem Boden zugesetzt werden und Pflanzen an der Aufnahme von PFAS hindern könnten, aber PFAS im Boden belassen würden.
Das Problem ist, dass diese Chemikalien überall sind, und das gibt es auch kein natürlicher Prozess im Wasser oder Boden, um sie effektiv abzubauen. Viele Verbraucherprodukte sind mit PFAS beladen, darunter Make-up, Zahnseide, Gitarrensaiten und Skiwachs.
Wie beseitigen Sanierungsprojekte die PFAS-Kontamination jetzt?
Es gibt Methoden, sie aus dem Wasser herauszufiltern. Die Chemikalien bleiben beispielsweise an Aktivkohle haften. Allerdings sind diese Methoden bei Großprojekten teuer und man muss trotzdem auf die Chemikalien verzichten.
In der Nähe einer ehemaligen Militärbasis in der Nähe von Sacramento, Kalifornien, befindet sich beispielsweise ein riesiger Aktivkohletank, der Wasser aufnimmt etwa 1,500 Gallonen pro Minute kontaminiertes Grundwasser, filtert es und pumpt es anschließend in den Untergrund. Dieses Sanierungsprojekt hat Kosten über $ 3 Millionen, aber es verhindert, dass PFAS in das Trinkwasser gelangt, das die Gemeinde nutzt.
Die US-Umweltschutzbehörde hat schlug vor, rechtlich durchsetzbare Regelungen zu schaffen für Höchstwerte von sechs PFAS-Chemikalien in öffentlichen Trinkwassersystemen. Zwei dieser Chemikalien, PFOA und PFOS, würden als einzelne gefährliche Chemikalien anerkannt, wobei behördliche Maßnahmen durchgesetzt würden, wenn die Werte einer dieser Chemikalien 4 Teile pro Billion übersteigen, was deutlich unter den bisherigen Leitlinien liegt.
Das Filtern ist nur ein Schritt. Sobald PFAS aufgefangen wird, müssen Sie mit PFAS beladene Aktivkohle entsorgen, und PFAS bewegt sich immer noch. Wenn Sie kontaminierte Materialien auf einer Mülldeponie oder anderswo vergraben, werden PFAS schließlich ausgelaugt. Deshalb ist es wichtig, Wege zu finden, es zu zerstören.
Was sind die vielversprechendsten Methoden, die Wissenschaftler zum Abbau von PFAS gefunden haben?
Die gebräuchlichste Methode zur Zerstörung von PFAS ist die Verbrennung, die meisten PFAS sind jedoch bemerkenswert widerstandsfähig gegen Verbrennung. Deshalb sind sie in Löschschäumen enthalten.
PFAS haben mehrere Fluoratome, die an ein Kohlenstoffatom gebunden sind, und die Bindung zwischen Kohlenstoff und Fluor ist eine der stärksten. Um etwas zu verbrennen, muss man normalerweise die Bindung aufbrechen, aber Fluor lässt sich nicht vom Kohlenstoff lösen. Die meisten PFAS zerfallen bei Verbrennungstemperaturen um etwa XNUMX % vollständig 1,500 Grad Celsius (2,730 Grad Fahrenheit), aber es ist energieintensiv und geeignete Verbrennungsanlagen sind rar.
Es gibt mehrere andere experimentelle Techniken, die vielversprechend sind, aber nicht auf die Behandlung großer Mengen der Chemikalien ausgeweitet wurden.
Bei Battelle hat sich eine Gruppe gebildet überkritische Wasseroxidation um PFAS zu zerstören. Hohe Temperaturen und Drücke verändern den Zustand des Wassers und beschleunigen die Chemie in einer Weise, die gefährliche Substanzen zerstören kann. Allerdings bleibt die Skalierung eine Herausforderung.
Andere sind Arbeit mit Plasmareaktoren, die Wasser, Strom und Argongas zum Abbau von PFAS nutzen. Sie sind schnell, aber auch nicht einfach zu skalieren.
Was werden wir voraussichtlich in der Zukunft sehen?
Viel wird davon abhängen, was wir darüber erfahren, woher die PFAS-Exposition des Menschen hauptsächlich kommt.
Wenn die Exposition hauptsächlich über Trinkwasser erfolgt, gibt es weitere Methoden mit Potenzial. Es ist möglich, dass es irgendwann auf Haushaltsebene durch elektrochemische Methoden zerstört wird, aber es bestehen auch potenzielle Risiken, die noch verstanden werden müssen, wie etwa die Umwandlung üblicher Substanzen wie Chlorid in giftigere Nebenprodukte.
Die große Herausforderung bei der Sanierung besteht darin, sicherzustellen, dass wir das Problem nicht verschlimmern, indem wir andere Gase freisetzen oder schädliche Chemikalien erzeugen. Der Mensch versucht seit langem, Probleme zu lösen und die Dinge noch schlimmer zu machen. Kühlschränke sind ein gutes Beispiel. Freon, ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, war die Lösung, um giftiges und brennbares Ammoniak in Kühlschränken zu ersetzen es verursachte einen Abbau der stratosphärischen Ozonschicht. Es wurde durch Fluorkohlenwasserstoffe ersetzt, die jetzt zum Klimawandel beitragen.
Wenn es eine Lektion zu lernen gibt, dann die, dass wir den gesamten Lebenszyklus von Produkten durchdenken müssen. Wie lange brauchen wir wirklich Chemikalien, um haltbar zu sein?
Über den Autor
A. Daniel Jones, Professor für Biochemie, Michigan State University und Hui Li, Professor für Umwelt- und Bodenchemie, Michigan State University
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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