Nueva técnica barata y simple desarrollada para destruir la contaminación ‘química para siempre’ ultrarresistente

Es posible que los productos químicos para siempre no permanezcan ‘para siempre’ por mucho tiempo. Una nueva investigación informa sobre cómo los dos más comunes de estos materiales extremadamente resistentes, que contaminan cada vez más los entornos naturales y los tejidos de los animales vivos, se pueden descomponer de forma económica y sencilla.

Fuerza Aérea de EE. UU. (USAF) 321° Escuadrón de Ingeniería Civil Expedicionaria utilizando espuma AFFF (Espuma formadora de película acuosa). Dicha espuma se basa en compuestos PFAS. Créditos de imagen nara.getarchive.net.

Este grupo de productos químicos se conoce industrialmente como PFAS, pero se les llama coloquialmente “productos químicos para siempre” debido a sus propiedades únicas. Desarrolladas por primera vez en la década de 1940, las sustancias de perfluoroalquilo y polifluoroalquilo (PFAS) han llegado a disfrutar de un uso a gran escala en productos de consumo, ya que no son biodegradables, son resistentes al agua, resistentes al fuego y bastante antiadherentes; el revestimiento comúnmente aplicado a las ollas y sartenes hoy conocido como teflón es un ejemplo de un PFAS de marca.

El problema con estos químicos es que su resiliencia los hace propensos a acumularse gradualmente en el medio ambiente, desde donde encuentran su camino hacia los tejidos de plantas y animales vivos. Esto los convierte en un problema persistente, ya que no se degradan naturalmente en el medio ambiente. También hay un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que pueden conducir a resultados de salud muy desagradables.

Investigadores de la Universidad Northwestern ahora señalan el camino hacia una solución para este problema, ya que han desarrollado un procedimiento simple y económico que puede desmantelar dos de las clases más utilizadas de compuestos PFAS en productos químicos inofensivos.

Rompiendo lo irrompible

“PFAS se ha convertido en un problema social importante”, dijo William Dichtel, profesor de química Robert L. Letsinger en Northwestern, autor principal del estudio. “Incluso una pequeña cantidad de PFAS causa efectos negativos para la salud y no se descompone. No podemos simplemente esperar a que se solucione este problema. Queríamos usar la química para abordar este problema y crear una solución que el mundo pueda usar. Es emocionante por lo simple que es, aunque no reconocida, nuestra solución”.

La técnica que desarrolló el equipo finalmente podría brindarnos una solución confiable para la eliminación de estos productos químicos que tienen efectos peligrosos en los entornos naturales, el ganado y la salud humana. El artículo es parte de la tesis doctoral completa de Dichtel.

Los PFAS han visto un uso extensivo como revestimientos antiadherentes o impermeabilizantes desde su desarrollo. Además de utensilios de cocina, también se utilizan en cosméticos a prueba de agua, espumas contra incendios, telas repelentes al agua y superficies resistentes a la grasa y al aceite.

Debido a lo comúnmente que se usan, los productos que incluyen PFAS a menudo terminan en el vertedero, desde donde se filtran a los suelos y las aguas subterráneas. A partir de ahí, llegan a los cultivos, al ganado y, finalmente, a nuestra propia sangre en un grado asombroso: se estima que alrededor del 97 % de las personas en los EE. UU. tienen niveles medibles de PFAS en el torrente sanguíneo.

Los impactos de estos compuestos en la salud no se comprenden completamente, pero lo que sabemos sobre ellos no es bueno. La exposición a PFAS se ha relacionado fuertemente con la disminución de la fertilidad, problemas de desarrollo en los niños, como promotor de varios tipos de cáncer, niveles de inmunidad reducidos y niveles elevados de colesterol. Como tal, varios PFAS han sido declarados recientemente inseguros para su uso incluso en cantidades mínimas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE. UU.

“Recientemente, la EPA revisó sus recomendaciones para el PFOA esencialmente a cero”, dijo Dichtel. “Eso coloca a varios PFAS en la misma categoría que el plomo”.

Aunque tenemos herramientas a nuestra disposición que pueden filtrar las PFAS del agua, no tenemos ninguna forma eficiente de lidiar con ellas después del hecho. Las opciones que tenemos requieren grandes presiones y altas temperaturas (hasta 400 grados centígrados) y, por lo tanto, son prohibitivamente caras para un uso a gran escala. Tampoco son a prueba de fallas, como explica el equipo:

“En el estado de Nueva York, se descubrió que una planta que afirmaba incinerar PFAS estaba liberando algunos de estos compuestos al aire”, dijo Dichtel. “Los compuestos fueron emitidos desde las chimeneas y hacia la comunidad local”.

“Otra estrategia fallida ha sido enterrar los compuestos en vertederos. Cuando haces eso, básicamente solo estás garantizando que tendrás un problema dentro de 30 años porque se va a filtrar lentamente. No solucionaste el problema. Acabas de patear la lata por el camino”.

La fuerza de los PFAS proviene de los muchos enlaces carbono-flúor en sus moléculas, los enlaces más fuertes en química orgánica. El equipo, sin embargo, encontró una manera de romperlos. Las moléculas de PFAS forman largas estelas de estos enlaces carbono-flúor. Pero, al final de las moléculas se encuentra una agrupación de átomos de oxígeno cargados. Al calentar la molécula de PFAS en dimetilsulfóxido e hidróxido de sodio, se descompone, dejando solo la parte reactiva al final.

El grupo de oxígeno reactivo está coloreado en rojo en este modelo de la molécula de ácido perfluorooctanoico. Imagen vía Wikimedia.

“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”, dijo Dichtel. “Aunque los enlaces carbono-flúor son súper fuertes, ese grupo de cabeza cargado es el talón de Aquiles”.

A diferencia de los métodos anteriores, el desarrollado por el equipo utiliza temperaturas mucho más bajas y reactivos económicos, lo que significa que se puede ampliar para hacer frente a la contaminación por PFAS.

El equipo ahora está trabajando arduamente para probar qué tan efectivo sería su enfoque contra varios otros tipos de PFAS. En este momento, han degradado con éxito 10 ácidos perfluoroalquil carboxílicos (PFCA) y ácidos perfluoroalquil éter carboxílico (PFECA). Estos incluyen el ácido perfluorooctanoico (PFOA) y uno de sus reemplazos comunes, conocido como GenX, dos de los compuestos PFAS más utilizados en la actualidad. Aún así, eso deja otros 11,990 PFAS para ser probados.

“Nuestro trabajo abordó una de las clases más grandes de PFAS, incluidas muchas que nos preocupan”, dijo. “Hay otras clases que no tienen el mismo talón de Aquiles, pero cada una tendrá su propia debilidad. Si podemos identificarlo, entonces sabremos cómo activarlo para destruirlo”.

El estudio, “Mineralización a baja temperatura de ácidos perfluorocarboxílicos”, ha sido publicado en el diario Ciencias.