Jennifer Guelfo della Texas Tech University faceva parte di un team di ricerca che ha scoperto che l’uso di una nuova sottoclasse di perfluoroalchili e polifluoroalchili (PFAS) nelle batterie agli ioni di litio rappresenta una fonte crescente di inquinamento dell’aria e dell’acqua.
Le batterie agli ioni di litio sono una fonte crescente di inquinamento da PFAS
I risultati sono stati pubblicati in uno studio su Nature Communications .
I test condotti dal team di ricerca hanno inoltre scoperto che questi PFAS, denominati bis-perfluoroalchil sulfonimmidi (bis-FASI), presentano una persistenza ambientale e un’ecotossicità paragonabili a vecchi composti noti come l’acido perfluoroottanoico (PFOA).
Le batterie agli ioni di litio sono una componente fondamentale della crescente infrastruttura per l’energia pulita, con utilizzi nelle auto elettriche e nell’elettronica; si prevede che la domanda crescerà in modo esponenziale nel prossimo decennio.
“I nostri risultati rivelano un dilemma associato alla produzione, allo smaltimento e al riciclaggio delle infrastrutture per l’energia pulita”, ha affermato Guelfo, professore associato di ingegneria ambientale presso l’Edward E. Whitacre Jr. College of Engineering.
“Ridurre le emissioni di anidride carbonica con innovazioni come le auto elettriche è fondamentale, ma non dovrebbe avere l’effetto collaterale di aumentare l’inquinamento da PFAS. Dobbiamo facilitare tecnologie, controlli di produzione e soluzioni di riciclaggio che possano combattere la crisi climatica senza rilasciare inquinanti altamente recalcitranti”.
I ricercatori hanno campionato aria, acqua, neve, suolo e sedimenti vicino a stabilimenti di produzione in Minnesota, Kentucky, Belgio e Francia. Le concentrazioni di bis-FASI in questi campioni erano comunemente a livelli molto elevati.
I dati hanno anche suggerito che le emissioni atmosferiche di bis-FASI potrebbero facilitare il trasporto a lungo raggio, il che significa che anche le aree lontane dai siti di produzione potrebbero essere interessate. L’analisi di diverse discariche municipali nel sud-est degli Stati Uniti ha indicato che questi composti possono anche entrare nell’ambiente attraverso lo smaltimento di prodotti, tra cui le batterie agli ioni di litio.
I test di tossicità hanno dimostrato che concentrazioni di bis-FASI simili a quelle trovate nei siti di campionamento possono modificare il comportamento e i processi metabolici energetici fondamentali degli organismi acquatici. La tossicità dei bis-FASI non è stata ancora studiata negli esseri umani, sebbene altri PFAS più studiati siano collegati a cancro, infertilità e altri gravi danni alla salute.
I test di trattabilità hanno mostrato che i bis-FASI non si scompongono durante l’ossidazione, cosa che è stata osservata anche per altri PFAS. Tuttavia, i dati hanno mostrato che le concentrazioni di bis-FASI nell’acqua potrebbero essere ridotte utilizzando carbone attivo granulare e scambio ionico, metodi già utilizzati per rimuovere i PFAS dall’acqua potabile.
Questi risultati dimostrano che gli approcci di trattamento progettati per PFOA e PFOS (acido perfluoroottansolfonico) possono anche rimuovere i bis-FASI”, ha affermato l’autore dello studio Lee Ferguson, professore associato di ingegneria ambientale presso la Duke University. “È probabile che l’uso di questi approcci aumenti man mano che gli impianti di trattamento vengono aggiornati per conformarsi ai nuovi livelli massimi di contaminanti EPA per i PFAS”.
Guelfo e Ferguson sottolineano che questo è un momento cruciale per l’adozione di tecnologie energetiche pulite in grado di ridurre le emissioni di anidride carbonica.
“Dovremmo sfruttare le competenze di team multidisciplinari di scienziati, ingegneri, sociologi e decisori politici per sviluppare e promuovere l’uso di infrastrutture per l’energia pulita, riducendo al minimo l’impatto ambientale”, ha affermato Ferguson.
“Dovremmo sfruttare lo slancio delle attuali iniziative in campo energetico per garantire che le nuove tecnologie energetiche siano davvero pulite”, ha aggiunto Guelfo.
La ricerca cerca una soluzione alle sostanze chimiche PFAS nei rifiuti
Gli scienziati del Texas A&M AgriLife Research sono alla ricerca di un metodo migliore per rimuovere o degradare gli inquinanti ostinati, detti anche sostanze chimiche eterne, dai rifiuti prima che possano avere effetti negativi sulla salute umana e animale.
Eunsung Kan, Ph.D., professore associato e ingegnere biologico presso AgriLife Research presso il Dipartimento di ingegneria biologica e agricola della Texas A&M, ha pubblicato uno studio incentrato sulla comprensione fondamentale del trattamento biologico dei rifiuti contenenti sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, o PFAS, difficili da degradare con mezzi biologici.
I PFAS si trovano in una varietà di sostanze chimiche sintetiche utilizzate in numerosi settori industriali che producono innumerevoli prodotti, tra cui elettrodomestici, schiume, tessuti e imballaggi alimentari.
“Riteniamo che questo studio aiuti ad affrontare questioni fondamentali sugli inquinanti difficili da rimuovere o degradare”, ha affermato Kan. “I PFAS rappresentano una sfida che potrebbe avere un impatto sulla sostenibilità e sulla salute a lungo termine. Ciò rende questo tipo di ricerca incredibilmente importante e impattante”.
Kan lavora presso il Texas A&M AgriLife Center di Stephenville. La sua ricerca si concentra sulla conversione di rifiuti agricoli, tra cui letame e residui di colture, in biocarburanti, bioprodotti e biochar per la sostenibilità agricola, ambientale ed energetica.
Poiché i PFAS sono difficili da degradare, vi sono grandi preoccupazioni che l’accumulo di composti tossici di PFAS possa avere un impatto sulla qualità del suolo e dell’acqua e di conseguenza sulla salute umana, vegetale e animale. Le attuali tecniche fisiche e chimiche utilizzate per il trattamento dei PFAS nelle acque reflue e nei rifiuti solidi richiedono elevati livelli di energia e sostanze chimiche. Questi metodi di trattamento sono costosi e non degradano completamente i PFAS.
Kan ha affermato che questa mancanza di degradazione dei PFAS è un problema serio per i sistemi esistenti, che producono un fango contenente composti di PFAS. Il fango viene poi portato in discarica, ma c’è il timore che questi inquinanti possano entrare nell’ambiente circostante o nel bacino idrografico tramite un evento di pioggia di deflusso.
La maggior parte dei rifiuti solidi e dei fanghi di acque reflue viene trattata tramite mezzi biologici chiamati digestione anaerobica , o DA. Le complesse comunità microbiche nei sistemi di DA scompongono e trasformano i rifiuti solidi in biogas mentre i fanghi non digeriti vengono smaltiti o applicati al terreno.
Lo studio ha mostrato come due composti PFAS comunemente noti e difficili da degradare, l’acido perfluoroottanoico, PFOA, e l’acido perfluoroottano sulfonico , PFOS, vengono degradati dai sistemi AD. I ricercatori hanno anche cercato di comprendere gli effetti delle sostanze chimiche sulle comunità microbiche.
Kan ritiene che lo studio aiuterà a orientare la progettazione di sistemi AD che utilizzano diverse tecnologie per gestire in modo olistico i PFAS più ostinati.
“Degradare i PFAS usando mezzi diversi, tra cui alte temperature, alta pressione e alte dosi di sostanze chimiche, non è molto pratico”, ha affermato. “La motivazione era trovare un modo conveniente per degradare queste ‘sostanze chimiche eterne’ per impedire che si accumulassero nel terreno e nell’acqua. È importante, in base ai risultati, che creiamo un sistema di trattamento più completo”.
Gli esperimenti di Choi hanno scoperto che la digestione anaerobica era notevolmente inibita e che le comunità microbiche erano negativamente influenzate dalla presenza di PFOA, soprattutto all’aumentare delle concentrazioni di PFOA.
Sebbene tutti i composti PFAS siano difficili da degradare, i risultati di questo studio evidenziano i diversi gradi di difficoltà e tossicità tra le singole sostanze chimiche. Rispetto al PFOA, il PFOS ha avuto un impatto molto limitato sull’efficienza AD e sulle comunità microbiche, con solo una riduzione fino al 7% ad alte concentrazioni. Il processo AD è stato in grado di degradare il PFOS del 30%-80%, a seconda delle concentrazioni di inquinanti, mentre non si è verificata alcuna degradazione del PFOA.
Questi dati raccolti durante lo studio costituiscono informazioni fondamentali che gli scienziati possono utilizzare in ulteriori ricerche e per orientare la progettazione di tecnologie di trattamento dei rifiuti, delle acque reflue e delle acque necessarie per degradare completamente i PFAS prima che vengano immessi nell’ambiente.
“Questo studio ha dimostrato che dobbiamo ripensare al modo in cui trattiamo questi specifici composti PFAS”, ha affermato Kan. “Ad esempio, potrebbero esserci combinazioni di altre tecnologie (calore, luce solare, sostanze chimiche) per aiutare questi sistemi AD a degradare gli inquinanti in modi più efficienti e ridurre il potenziale di ingresso nell’ambiente”.