PFAS-yhdisteitä, joita käytetään monissa tuotteissa niiden tarttumattomien ja vedenpitävien ominaisuuksien vuoksi, tunnetaan niiden äärimmäisestä kestävyydestä. Niiden kemiallinen rakenne, joka perustuu hiili-fluori-sidoksiin, tekee niistä lähes tuhoutumattomia perinteisillä menetelmillä. Nämä yhdisteet kerääntyvät vesiin, maaperään ja elollisiin organismeihin, mikä aiheuttaa vakavia riskejä terveydelle ja ympäristölle.
Coloradon osavaltion yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt valoa hyödyntävän fotokatalyyttisen tekniikan, joka rikkoo näitä sitkeitä sidoksia. Heidän järjestelmänsä perustuu LED-valoilla aktivoituun orgaaniseen fotokatalyyttiin, joka siirtää elektroneja PFAS-molekyyleille, aiheuttaen niiden hajoamisen. Tämä lähestymistapa toimii matalassa lämpötilassa ja ilman metalleja, mikä tekee siitä turvallisemman ja mahdollisesti edullisemman.
PFAS-yhdisteitä, joita löytyy keittiövälineistä, tekstiileistä ja palonsammutusvaahdoista, kutsutaan "ikuisten saasteiden" nimellä niiden pysyvyyden vuoksi ympäristössä. Niiden luonnollinen hajoaminen voi kestää jopa 1 000 vuotta, ja nykyiset käsittelymenetelmät vain keskittyvät niihin, ilman täydellistä poistamista.
Uusi fotokatalyyttinen tekniikka pyrkii muuttamaan PFAS-yhdisteet myrkyttömiksi tuotteiksi, kuten hiilivedyiksi ja fluoridi-ioneiksi, jotka voivat sitten hajota luonnollisesti. Tämä prosessi, joka on kuvattu Nature-lehdessä, edustaa lupaavaa edistystä veden ja maaperän puhdistamisessa.
Kuitenkin kaikki ei ole vielä täydellistä. Nykyinen järjestelmä toimii vain pienessä mittakaavassa eikä pysty hajottamaan monimutkaisimpia PFAS-molekyylejä, kuten teflonia. Lisäksi käytetyt fotokatalyytit hajoavat ajan myötä, mikä vaatii parannuksia pitkäaikaista käyttöä varten.
Tutkijat suunnittelevat jo tämän teknologian soveltamista saastuneiden vesien käsittelyyn puhdistamoissa. He toivovat myös voivansa käyttää sitä saastuneiden maaperien puhdistamiseen, jotta ne olisivat jälleen soveltuvia maataloudelle ja ekosysteemien säilyttämiselle.
Tämä menetelmä täydentää muita kehitteillä olevia lähestymistapoja, kuten elektrolyyttistä hapetusta ja plasman tuhoamista. Yhdistettynä nämä teknologiat voisivat tarjota kattavan ratkaisun PFAS-yhdisteiden tehokkaaseen ja kestävämpään poistamiseen.
Mitä fotokatalyysi on?
Fotokatalyysi on kemiallinen prosessi, joka käyttää valoa reaktion aktivoimiseen. Se perustuu katalyyttiin, usein puolijohdemateriaaliin, joka absorboi valon energiaa ja siirtää elektroneja. Nämä elektronit käynnistävät sitten kemiallisia reaktioita, kuten saasteiden hajoamista tai hyödyllisten molekyylien tuottamista.Toisin kuin perinteiset menetelmät, fotokatalyysi toimii matalassa lämpötilassa ja ilman aggressiivisia kemikaaleja. Siksi sitä pidetään puhtaana ja kestävämpänä teknologiana. Sen tunnetuin sovellus on myrkyllisten aineiden hajoaminen vedessä tai ilmassa, kuten PFAS-yhdisteet tai haihtuvat orgaaniset yhdisteet.
Yleisimmät käytetyt fotokatalyytit ovat titaanidioksidi (TiO₂) ja tietyt orgaaniset yhdisteet. Näitä materiaaleja valitaan niiden kyvyn mukaan absorboida valoa ja ylläpitää tehokkuutta pitkällä aikavälillä. Kuitenkin niiden suorituskyky riippuu käytetyn valon aallonpituudesta, usein ultraviolettispektrissä tai näkyvässä valossa.
Fotokatalyysin etuja ovat sen alhaiset energiakustannukset ja ympäristöystävällisyys. Sitä käytetään jo sovelluksissa, kuten pintojen itsepuhdistuksessa, ilman puhdistuksessa ja jäteveden käsittelyssä. Jatkuvalla tutkimuksella se voisi näytellä avainroolia saastumisen torjunnassa ja siirtymisessä vihreämpiin teknologioihin.