Un nuovo metodo nella lotta contro le sostanze chimiche perpetue

Le schiume antincendio, le pentole antiaderenti, i tessuti idrorepellenti e i pesticidi hanno tutti una cosa in comune: contengono i cosiddetti PFAS (sostanze alchiliche per- e polifluorurate), sostanze chimiche prodotte dall'uomo che non si decompongono naturalmente. Non c'è quindi da stupirsi se i PFAS stanno contaminando il suolo e l'acqua e possono essere rilevati anche nel corpo di uomini e animali. I pericoli sono ben noti: Queste sostanze chimiche permanenti possono danneggiare il fegato, innescare disturbi ormonali e causare il cancro, tra le altre cose.

I ricercatori del gruppo di Salvador Pané i Vidal, professore dell'Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti, hanno sviluppato un nuovo metodo per degradare un sottogruppo di PFAS, i PFOS (perfluorottano sulfonati). I PFOS sono ora soggetti a severe restrizioni o addirittura vietati a causa della loro tossicità. "Il problema principale è che le molecole sono costituite da lunghe catene di carbonio circondate da atomi di fluoro. Questo legame carbonio-fluoro è così forte che è necessaria molta energia per romperlo", spiega Andrea Veciana, dottoranda presso Pané i Vidal.

Scomposizione delle molecole con ultrasuoni e nanoparticelle

Per rompere le molecole di PFOS e quindi degradarle in acqua, i ricercatori hanno utilizzato per la prima volta la piezocatalisi. Piezo si riferisce alla piezoelettricità, una tensione elettrica che si genera durante una deformazione meccanica. La catalisi si riferisce all'accelerazione di una reazione chimica mediante l'uso di sostanze adatte. "Abbiamo sviluppato nanomateriali piezoelettrici. A occhio nudo, questo materiale sembra un po' sabbia", spiega Veciana. In un bagno a ultrasuoni, queste particelle si caricano elettricamente e agiscono come catalizzatori. Pané i Vidal aggiunge: "? questa carica elettrica che mette in moto l'intera catena di reazioni e rompe le molecole di PFOS pezzo per pezzo. Ecco perché le nanoparticelle sono chiamate piezoelettriche".

Per misurare la concentrazione di PFOS nei loro campioni, i ricercatori hanno collaborato con Samy Boulos, specialista di analisi presso il Food Biochemistry Laboratory. Utilizzando uno spettrometro di massa, i ricercatori hanno potuto dimostrare che il 90,5% delle molecole di PFOS era degradato. "Va aggiunto, tuttavia, che abbiamo lavorato con una concentrazione molto alta, pari a quattro milligrammi per litro", spiega Veciana. "In natura, ad esempio nei laghi e nei fiumi, la concentrazione di PFOS è inferiore a un microgrammo per litro. Più bassa è la concentrazione, più tempo ci vuole perché i PFOS si decompongano". Alcune tecnologie attualmente in fase di sviluppo concentrano prima l'acqua e solo successivamente distruggono i PFOS. Questo sarebbe un passo importante anche per la piezocatalisi, che dovrebbe essere implementata in un'applicazione specifica come le acque reflue dell'industria chimica.

Meglio dei metodi precedenti

Il potenziale del nuovo metodo diventa chiaro se si considerano le opzioni esistenti per la degradazione dei PFAS. "Un metodo è la decomposizione termica, che richiede molta energia a Chi siamo a 1000 gradi Celsius", dice Veciana. I PFAS possono essere degradati anche con la fotocatalisi. Si tratta di un processo simile alla piezocatalisi, ma al posto dell'energia meccanica si usa la luce per attivare il catalizzatore. Il problema principale di questo metodo è che in pratica viene utilizzato per trattare le acque reflue. Queste sono torbide e solo poca luce riesce a penetrare. Veciana cita un terzo metodo: "Si può anche usare l'assorbimento. Si tratta di utilizzare un tipo di spugna che assorbe gli inquinanti dall'acqua. Ma questo sposta il problema da un luogo all'altro. Perché ora bisogna trovare una soluzione per la spugna permeata di PFAS".

Gli svantaggi dei metodi esistenti sono stati uno dei motivi che hanno spinto i ricercatori dell'ETH a cercare un nuovo modo per scomporre i PFAS. La piezocatalisi ha il vantaggio di funzionare con diverse fonti di energia meccanica. "Se l'acqua deve essere purificata negli impianti di trattamento delle acque reflue e c'è già turbolenza nell'acqua, questa energia potrebbe essere utilizzata per abbattere i PFAS nell'acqua", spiega Veciana.

Insieme contro i PFAS

Purtroppo, i risultati ottenuti dai ricercatori in laboratorio con campioni d'acqua di 50 millilitri non possono ancora essere trasferiti alla pratica. "La scalabilità del nostro metodo è una delle sfide più grandi", afferma Pané i Vidal. "Tuttavia, siamo riusciti a dimostrare che la piezocatalisi funziona come metodo per degradare i PFOS e presenta dei vantaggi rispetto ai metodi precedenti". Il metodo può essere applicato non solo ai PFOS, ma a tutti i PFAS e ad altri microinquinanti.

In generale, è necessario utilizzare metodi per degradare i PFAS prima che le sostanze chimiche entrino nell'ambiente, ad esempio negli impianti di trattamento delle acque reflue delle aziende industriali o nell'acqua raccolta dall'agricoltura che deve essere riutilizzata. "Le aziende dovrebbero adottare tutte le misure possibili per garantire che l'acqua che scaricano nell'ambiente sia il più pulita possibile", afferma Pané i Vidal. Veciana aggiunge: "I PFAS sono un problema globale che dovrebbe essere affrontato prima di tutto attraverso cambiamenti politici e maggiore trasparenza". I media parlano già di un divieto dei PFAS e di regolamenti più severi per costringere l'industria a essere più trasparente sull'uso dei PFAS. Veciana sottolinea: "Tuttavia, è anche importante promuovere l'innovazione attraverso la ricerca, al fine di ridurre ed eliminare il più possibile l'attuale esposizione ai PFAS".