Forscher von Texas A&M AgriLife haben eine neuartige Bioremediationstechnologie zur Reinigung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen oder PFAS, chemischen Schadstoffen, die die menschliche Gesundheit und die Nachhaltigkeit des Ökosystems bedrohen, entwickelt. Das Material hat Potenzial für eine kommerzielle Anwendung zur Entsorgung von PFAS, auch bekannt als „Forever Chemicals“.
Veröffentlicht am 28. Juli in Naturkommunikationwar die Forschung eine Zusammenarbeit von Susie Dai, Ph.D., außerordentliche Professorin am Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology, und Joshua Yuan, Ph.D., Chair und Professor an der Washington University im St. Louis Department of Energy , Umwelt- und Chemieingenieurwesen, früher am Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology.
Die Entfernung von PFAS-Kontaminationen ist eine Herausforderung
PFAS werden in vielen Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen, Zahnseide, Feuerlöschschaum, Antihaft-Kochgeschirr, Textilien und Elektronik verwendet. Heutzutage werden PFAS von der Herstellung oder von Produkten, die die Chemikalien enthalten, in der Umwelt weit verbreitet, sagte Dai.
Laut der US-Umweltschutzbehörde EPA zeigen wissenschaftliche Studien jedoch, dass einige dieser Chemikalien in bestimmten Konzentrationen für Menschen und Wildtiere schädlich sein können. Gesundheitliche Auswirkungen können sein:
„PFAS werden in der Umwelt nicht leicht abgebaut und sind sogar in Spurenkonzentrationen giftig“, sagte Dai. „Sie müssen entfernt und zerstört werden, um eine Exposition des Menschen und negative Auswirkungen auf das Ökosystem zu verhindern.
„PFAS sind so stabil, weil sie aus einer Kette von miteinander verbundenen Kohlenstoff- und Fluoratomen bestehen und die Kohlenstoff-Fluor-Bindung eine der stärksten chemischen Bindungen ist. Sie können in Wasser in sehr geringer Konzentration vorkommen und man muss sie konzentrieren und dann vernichte sie.“
Der derzeitige Weg, sie zu zerstören, besteht darin, sie zu verbrennen, ein teurer, mehrstufiger Prozess. Kommerzielle Produkte wie Aktivkohle werden als Reinigungsmaterial verwendet, um die PFAS-Verbindungen zu adsorbieren. Das Material wird dann der Verbrennung zugeführt.
Nachhaltige und kostengünstige Alternative
Dai und Yuan entwickelten eine Technik zur Verwendung eines aus Pflanzen gewonnenen Materials, um die PFAS zu adsorbieren und sie mit mikrobiellen Pilzen zu beseitigen, die buchstäblich die „Ewig-Chemikalien“ fressen.
„Wir haben ein nachhaltiges Pflanzenmaterial hergestellt, das zur Konzentration der PFAS-Chemikalien verwendet werden könnte“, sagte Dai.
„Das Zellwandmaterial der Pflanze dient als Rahmen, um das PFAS zu adsorbieren“, sagte sie. „Dann dienen dieses Material und die adsorbierte Chemikalie als Nahrung für einen mikrobiellen Pilz. Der Pilz frisst es, es ist weg, und Sie haben kein Entsorgungsproblem. Im Grunde macht der Pilz den Entgiftungsprozess.“
Dies ist ein nachhaltiges Behandlungssystem mit einem starken Potenzial, schädliche Chemikalien zum Schutz der menschlichen Gesundheit und des Ökosystems auf ungiftige und kostengünstigere Weise zu entfernen, sagte Dai.
Mögliche kommerzielle Anwendungen
Die EPA hat ein landesweites Programm zur Überwachung der Häufigkeit und Konzentration von PFAS in öffentlichen Wassersystemen eingerichtet und erwägt, PFAS-Schwellenwerte in die Trinkwasserstandards aufzunehmen.
„Wenn Schwellenwerte Teil der Trinkwasserstandards werden, müssen kommunale Wasseraufbereitungsanlagen die EPA-Vorschriften einhalten. Die Hersteller müssen diese Chemikalien überwachen und bei Bedarf entfernen“, sagte Dai.
Die innovative Biomassesanierung, die Dai und Yuan entwickelt haben, könnte helfen, diese Veränderungen kostengünstiger umzusetzen. Das Interesse an dieser Technologie geht über Trinkwasserstandards hinaus.
„Wir leben auf einem Planeten, auf dem alle Komponenten interagieren“, sagte Dai. „Die Menschen machen sich nicht nur Sorgen um das Wasser, sondern auch um lokale Feldfrüchte, die durch die Verwendung dieses Wassers zur Fütterung der Tiere, die Teil der Nahrungsversorgung sind, produziert werden.“
Jinghao Li et al, Nachhaltige Umweltsanierung durch biomimetische multifunktionale Lignocellulose-Nano-Frameworks, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31881-5