Lotta dura contro i Pfas

Mentre l’Unione europea ha emesso ulteriori protezioni contro i Pfas nell’acqua potabile, la scienza studia nuovi sistemi per debellarli. Il caso della BeDimensional in un nuovo progetto portato avanti in collaborazione con la Rice University di Houston (Texas)

Nuove misure per combattere le sostanze alchiliche perfluorurate o polifluorurate – ormai note come Pfas – nell’acqua potabile, arrivano dalla Ue che chiede agli stati membri anche di informare la Commissione sui risultati del monitoraggio, inclusi i dati relativi ai superamenti dei valori limite, agli incidenti e alle eventuali deroghe concesse.

È quanto una nuova misura sulla strategia sulla resilienza idrica richiede con l’obiettivo di garantire il diritto all’acqua potabile sicura anche nel nostro Paese. Ma non è solo la politica a scendere in campo.

Lotta dura per una famiglia complessa e variegata di oltre 4.000 sostanze chimiche non  naturali, la cui tematica allarma tutto il Pianeta.

Perché in realtà potrebbe essere anche peggio: se, infatti, si fa riferimento alla definizione di Pfas data dalla United States Environmental Protection Agency (Us Epa), che richiede la presenza di almeno due gruppi CF2 o CF3, il numero di sostanze classificate come Pfas aumenta drasticamente a circa 1,8 milioni di composti.

Pfas: caratteristiche e pericoli

Caratteristica di questi composti è la presenza di legami chimici particolarmente stabili (in particolare il legame carbonio-fluoro), che li rende recalcitranti alla degradazione chimica e biologica (biodegradazione). In poche parole: sono indistruttibili, ma c’è chi non demorde e lavora per annientarli.

Dagli anni 2000 è emerso che questa stabilità, che ha offerto enormi vantaggi in diverse applicazioni industriali, pone dei seri problemi di persistenza e accumulo nel suolo, nell’aria e nelle acque, nonché bioaccumulo negli esseri viventi.

La ricerca sta studiando diversi approcci che possano consentire la degradazione di queste molecole, idealmente da convertire completamente in anidride carbonica e acido fluoridrico: ne abbiamo dato un resoconto dettagliato poco più di un anno fa’ in un articolo qui su Greenplanner.

In sintesi, i metodi che possono essere utilizzati per la degradazione si suddividono in metodi fisici (adsorbimento), metodi chimici (ossidazione elettrochimica o fotochimica) e metodi biotecnologici (degradazione microbica o con enzimi isolati).

A oggi, tuttavia, malgrado l’intensa ricerca, le metodologie non  sono ancora efficienti, poiché sono spesso caratterizzate da un intenso consumo energetico, alti costi, generazione di sottoprodotti tossici, tempi di degradazione lunghi, specificità.

La ricerca avanza: una speranza per combattere i Pfas

Ora una ricerca portata avanti da BeDimensional, azienda deep-tech che opera nella produzione industriale di cristalli bidimensionali, in collaborazione con la Rice University di Houston (Texas), promette importanti evidenze scientifiche che dimostrano come il FL-hBn (nitruro di boro esagonale a pochi strati anatomici) potrebbe distruggere i Pfas grazie all’irraggiamento Uvc.

Tutto partirebbe dall’ossidazione fotocatalitica, che è un processo di ossidazione avanzata (Aop), tecnologia strategica per la degradazione di contaminanti organici recalcitranti.

In presenza di un fotocatalizzatore (ne abbiamo parlato qui), tipicamente un materiale contenente metalli, l’energia luminosa innesca e accelera la velocità di una reazione di degradazione chimica.

La degradazione completa dei Pfas non avviene in un singolo passaggio, ma attraverso reazioni sequenziali: per ogni ciclo si ha una riduzione progressiva della lunghezza della catena della molecola, con eliminazione di ioni fluoruro e di atomi di carbonio sotto forma di anidride carbonica.

I fotocatalizzatori rappresentano il cuore della tecnologia, che influenzano direttamente l’efficienza di degradazione, il costo complessivo e la fattibilità su larga scala del processo. Tra i vari materiali, il biossido di titanio (TiO2) è il composto più ampiamente utilizzato.

I vantaggi e le sfide della fotocatalisi  nella degradazione dei Pfas

L’ossidazione fotocatalitica è una tecnologia promettente e sostenibile, grazie alla possibilità di operare a temperatura ambiente, con bassi requisiti energetici e al potenziale utilizzo di fonti di energia rinnovabile come la luce solare.

Presenta tuttavia sfide significative: la bassa efficienza di degradazione rispetto ad altre tecniche, in particolar modo in matrici complesse come le acque reflue, la selettività verso specifici composti come il Pfoa a discapito del Pfos, la generazione di intermedi tossici e le difficoltà operative nel recupero del catalizzatore ne limitano l’applicazione pratica.

In questo panorama si inserisce appunto il nuovo catalizzatore per l’ossidazione fotocatalitica dei Pfas. L’innovazione deriva dalla collaborazione tra i ricercatori della Rice University e la BeDimensional.

Vittorio Pellegrini, Ceo di BeDimensional ci permette di capire meglio le basi di questo nuovo progetto: “Il nostro fotocatalizzatore – spiega a Greenplanner.it – a base di nitruro di boro esagonale a pochi strati atomici (FL-hBn) è metal-free ed è significativamente più efficiente rispetto ai materiali convenzionali come il TiO2. I test mostrano una maggiore degradazione dei Pfas e una defluorurazione nettamente superiore, operando in condizioni ambientali e con un apporto energetico limitato“.

Sono importanti passi avanti, ma rimangono aperti ancora alcuni punti su cui è necessario lavorare ulteriormente, tra cui la durata del catalizzatore (numero di cicli), la parziale defluorurazione dei Pfas, la selettività.

“La ricerca – precisa il nostro interlocutore – è ora focalizzata sulla caratterizzazione completa dei parametri operativi del sistema e sull’ottimizzazione del grado di defluorurazione. I risultati ottenuti finora dimostrano però che i materiali bidimensionali offrono un forte potenziale di utilizzo“.

La produzione del catalizzatore richiede elevata tecnologia: i costi sono sostenibili economicamente per un eventuale utilizzo su larga scala?

Sì. BeDimensional produce già FL-hBn su scala industriale e il materiale è efficace anche a dosaggi molto bassi, riducendo l’impatto dei costi. Questo rende la tecnologia promettente anche dal punto di vista economico.

Avete stimato l’impatto ambientale della produzione e smaltimento del fotocatalizzatore, sempre nell’ottica di un utilizzo della tecnologia su larga scala?

L’utilizzo di un fotocatalizzatore metal-free abbatte le criticità ambientali. Sono in corso valutazioni sul ciclo di vita e il bilancio complessivo è favorevole se si considera il beneficio della distruzione di contaminanti altamente persistenti come i Pfas.

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Laura Cipolla: curiosa su tutto ciò che coinvolge la trasformazione della materia, dai sistemi viventi alle applicazioni della chimica, in particolare quelle legate alle biotecnologie. Per lei, la chimica è la vita, è il nostro Pianeta | Linkedin

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