Un equipo de científicos ha descubierto una manera simple y de bajo consumo de energía para descomponer uno de los grupos más grandes de ‘químicos eternos’, contaminantes nefastos que se han relacionado con daños ambientales y problemas de salud humana.
Si bien las aplicaciones prácticas aún están lejos, los científicos están asombrados con el potencial de la nueva técnica.
En simulaciones detalladas, las moléculas de PFAS (sustancias químicas sintéticas de cadena larga con enlaces carbono-flúor tan fuertes que se consideraban imposibles de romper sin mucho esfuerzo) se ‘desmoronaron’ rápidamente en un conjunto específico de condiciones suaves.
“El conocimiento fundamental de cómo se degradan estos materiales es probablemente lo más importante que surge de este estudio”, dijo William Dichtel, profesor de química en la Universidad Northwestern, en una conferencia de prensa.
Hasta ahora, los investigadores han demostrado que su método degrada una clase importante de productos químicos PFAS (perfluoroalquilo), los que contienen ácidos carboxílicos y se denominan PFCA para abreviar.
Todos los PFAS son notorios. Sus propiedades repelentes de agua y grasa los convirtieron en agentes antiadherentes e impermeabilizantes efectivos, pero también en contaminantes ambientales terriblemente persistentes que terminaron en nuestra sangre
Dados los riesgos para la salud conocidos de la exposición crónica a niveles bajos de compuestos de PFAS, y una gran cantidad de estudios que detectan la contaminación de PFAS en niveles inseguros en las fuentes de agua, se ha apresurado a desarrollar una batería de técnicas para filtrar PFAS del agua potable con éxito variable.
Pero los productos químicos PFAS (como era de esperar) permanecen intactos después de la filtración y hay pocas opciones sobre cómo desecharlos. Dadas temperaturas lo suficientemente altas, se romperá. Pero esto es costoso y corre el riesgo de propagar aún más los contaminantes.
La nueva investigación, dirigida por la química de materiales de la Universidad Northwestern Brittany Trang, podría cambiar radicalmente eso.
El equipo desarrolló un proceso de baja energía que degrada los productos químicos PFAS a temperaturas suaves, utilizando reactivos económicos y dejando solo moléculas inocuas que contienen carbono e iones de fluoruro.
El estudio “proporciona[s] una idea de cómo estos compuestos aparentemente robustos pueden sufrir una descomposición casi completa en condiciones inesperadamente suaves”. escribe Shira Joudan, investigadora de química ambiental en la Universidad de York, y su compañero químico Rylan Lundgren de la Universidad de Alberta, en un artículo de perspectiva que acompaña al estudio. Ninguno de los autores de la perspectiva participó en el estudio.
“Con suerte, los hallazgos fundamentales de Trang et al. pueden combinarse con la captura eficiente de PFAS de sitios ambientales contaminados para proporcionar una posible solución al problema químico eterno”.
Eso podría ser más difícil de lo que debería ser. Los productos químicos permanentes aparentemente están en todas partes y la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) ha revisado repetidamente sus pautas de lo que considera niveles “seguros” de contaminación por PFAS, ya que las sustancias PFAS resultaron ser más peligrosas de lo que pensaban los reguladores (o admitieron que ser).
Además, la agencia ha estado recientemente bajo un intenso escrutinio por estrechando la definición de sustancias PFAS para excluir muchos productos químicos permanentes.
A la luz de estos estándares regulatorios cambiantes y las crecientes preocupaciones de seguridad, necesitamos rápidamente una forma de lidiar con la contaminación por PFAS.
Trang y sus colegas probaron su método de baja energía en moléculas PFCA de diferentes longitudes de cadena y lograron descomponer 10 de ellas. El truco consistía en apuntar a un grupo de átomos de oxígeno cargados en el extremo final de las moléculas de PFCA.
“Eso desencadenó todas estas reacciones y comenzó a expulsar átomos de flúor de estos compuestos para formar fluoruro, que es la forma más segura de flúor”. explica sello.
“Aunque los enlaces carbono-flúor son súper fuertes, ese grupo de cabeza cargado es el talón de Aquiles”.
Usando simulaciones por computadora para desentrañar la cascada de reacciones químicas complejas y confirmar que los subproductos eran relativamente inofensivos, el equipo confía en que están en lo bueno. Una vez desestabilizadas, las moléculas fueron despojadas de casi todos sus átomos de flúor.
El modelado por computadora “realmente brinda por primera vez una forma de mapear estas reacciones y posiblemente optimizarlas, para demostrar que realmente solo estamos fabricando productos seguros de manera plausible”, dijo Dichtel en una conferencia de prensa. Esto incluye pequeños productos que contienen carbono que se encuentran en la naturaleza y no plantean problemas de salud graves, agregó.
Luego, los investigadores demostraron que su proceso también funciona para otra clase de sustancias PFAS ramificadas más nuevas, que se desarrollaron como un reemplazo de los productos químicos PFAS, pero cuyo omnipresente presencia en aguas superficiales globales ya tiene a los científicos alarmados.
Sin embargo, dado que hay más de 12.000 PFAS diferentes químicos reconocidos por la EPA de EE. UU. hasta la fecha, aún se necesita mucha más investigación para comprender la reactividad fundamental de estas moléculas y si pueden degradarse utilizando enfoques similares.
Lo mismo ocurre con elucidar la gama de efectos sobre la salud de productos químicos PFAS y dónde persisten en el medio ambiente.
El equipo espera que su trabajo estimule más investigaciones para desarrollar métodos prácticos para eliminar y degradar estos peligrosos contaminantes a escala industrial. También es imprescindible descubrir cómo descomponer otras clases de compuestos PFAS, a saber, las sustancias que contienen sulfonato.
“Nuestro trabajo abordó una de las clases más grandes de PFAS, incluidas muchas de las que más nos preocupan”, dice Dichtel del estudio. “Hay otras clases que no tienen el mismo talón de Aquiles, pero cada una tendrá su propia debilidad”.
Si los científicos pueden identificarlos uno por uno, comenzando con los sulfonatos, entonces podríamos estar un paso más cerca de saber cómo limpiar el desastre que hemos creado.
El estudio fue publicado en Avances de la ciencia.