Nuevas soluciones al problema de los PFAS
Un equipo de investigación desarrolla métodos para descomponer las «sustancias químicas eternas»
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Investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han desarrollado dos nuevos procesos: mediante la cavitación hidrodinámica y el plasma atmosférico frío, combinados con la dispersión de gas, pretenden descomponer las sustancias per- y polifluoroalquílicas (PFAS), unas sustancias químicas industriales extremadamente resistentes a la degradación química. Para respaldar esta iniciativa, expertos del Centro Helmholtz de Investigación Medioambiental (UFZ) realizaron análisis que confirmaron la degradación de los PFAS y la liberación de fluoruro. Una vez que alcancen la madurez comercial, estos procesos podrían utilizarse en la industria, reduciendo significativamente la liberación de PFAS en las masas de agua.
Si bien se sospecha que algunos PFAS alteran el material genético y aumentan el riesgo de cáncer, los efectos biológicos de muchos otros siguen siendo desconocidos. Este grupo de sustancias comprende más de 10 000 sustancias químicas industriales de cadena corta y larga que deben su excepcional resistencia química a sus enlaces carbono-flúor altamente estables. Los PFAS llegan a los ríos y océanos a través de las aguas residuales y se están extendiendo por todo el mundo. Recientemente también se han detectado altas concentraciones de PFAS en el río Elba, lo que supone un peligro potencial para la salud tanto de las plantas como de los animales y los seres humanos.
En el marco de la «Estrategia Nacional del Agua», destinada a garantizar el suministro de agua potable en Alemania y a proteger sus masas de agua, los investigadores del HZDR están estudiando cómo reducir la carga sobre las masas de agua y, en concreto, cómo descomponer sistemáticamente estos «químicos eternos». En un estudio preliminar, iniciado en 2022, un equipo de investigación dirigido por la investigadora postdoctoral Dra. Ysabel Huaccallo-Aguilar utilizó un proceso conocido como cavitación hidrodinámica para degradar los PFAS.
La cavitación rompe los enlaces estables
«En la cavitación hidrodinámica, hacemos pasar agua enriquecida con PFAS a través de una constricción, lo que genera pequeñas burbujas de vapor», explica el Dr. Sebastian Reinecke, director del Departamento de Tecnologías del Agua y Medioambientales del HZDR. Dado que los PFAS de cadena larga son tensioactivos, se adhieren a las burbujas. «Cuando las burbujas estallan debido al aumento de la presión ambiental en el agua aguas abajo de la constricción, los PFAS adheridos a ellas quedan expuestos a picos de temperatura locales de varios miles de grados Celsius», explica Reinecke. Al mismo tiempo, la cavitación produce radicales hidroxilo altamente reactivos que reaccionan de forma no específica con las sustancias cercanas. «Nuestra hipótesis es que atacan a los productos intermedios, lo que potencia significativamente la degradación de los PFAS».
Ysabel Huaccallo-Aguilar y sus colegas pudieron demostrar que el proceso sí degradaba los PFAS del agua del grifo, al tiempo que mineralizaba el flúor ligado orgánicamente. Cuanto mayor era la duración del tratamiento, mayor era el aumento continuo de la concentración de fluoruro en la solución. Para sus experimentos, los investigadores utilizaron el sulfonato de perfluorooctano (PFOS), un compuesto especialmente persistente y bien estudiado del grupo de los PFAS. Al final del experimento, lograron degradar aproximadamente el 37 % de las moléculas de PFOS disueltas a una tasa de degradación estable. «Ahora estamos llevando a cabo experimentos de seguimiento para aumentar la tasa de degradación», explica Reinecke. «Nuestro objetivo es mejorar el proceso hasta alcanzar una tasa de degradación superior al 80 % de los PFAS presentes en la solución y mineralizar más del 50 % del flúor ligado a estas sustancias químicas; es decir, romper los enlaces carbono-flúor característicos de los PFAS».
Degradación eficiente de los PFAS con especies de plasma altamente reactivas
En otra serie de experimentos, el ingeniero medioambiental Dr. Amit Kumar utilizó plasma atmosférico frío en combinación con la dispersión de gas para degradar los PFAS. La ventaja de este proceso es que funciona en condiciones ambientales y no requiere ni catalizadores ni sustancias químicas adicionales. En su investigación de doctorado, Kumar ya había estudiado formas de degradar microcontaminantes utilizando las especies químicas reactivas que se generan en el plasma. Ahora ha aplicado sus hallazgos a este experimento. «Generamos plasma en la superficie del agua al tiempo que introducíamos gas en el agua contaminada con PFAS», explica Sebastian Reinecke al describir la configuración experimental. «Los PFAS se adhieren a la superficie de las burbujas de gas. A medida que ascienden, el agua circula constantemente. Esto lleva los PFAS a la superficie, donde se descomponen en el plasma».
Este método permitió degradar casi por completo tanto los PFAS de cadena larga como los de cadena corta. Alrededor del 35 % de los átomos de flúor ligados en estas «sustancias químicas eternas» se liberaron en forma de sales de fluoruro. «Aunque este método presenta una cinética de reacción significativamente más rápida que la cavitación, también consume mucha más energía por unidad de volumen», señala Reinecke. «Además, el proceso genera numerosos productos de transformación que aún no hemos podido investigar en detalle; por ejemplo, compuestos gaseosos que se forman durante la reacción». Los investigadores están llevando a cabo actualmente nuevas series de ensayos para averiguar si el proceso produce alguna sustancia que pueda suponer un riesgo para la salud y, en caso afirmativo, cómo evitarlo.
Sinergias de la combinación de plasma y cavitación
Los investigadores están trabajando actualmente para ampliar el proceso a mayores volúmenes de agua contaminada. Mediante el uso de múltiples electrodos y un inyector de gas técnico, están aumentando gradualmente el volumen de reacción de unos 50 mililitros a cinco litros. El plan consiste en combinar la tecnología de plasma con la cavitación. «Creo que conseguiremos altas tasas de degradación combinando las especies altamente reactivas del plasma con los efectos de la cavitación», afirma Reinecke. Si logran fusionar las ventajas de ambos métodos en un único enfoque, podrían crear una tecnología totalmente nueva y eficaz para la eliminación de PFAS del agua contaminada.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Amit Kumar, Ysabel Huaccallo-Aguilar, Holger Kryk, et al.; "Enhanced degradation and defluorination of perfluorooctane sulfonate (PFOS) in tap water using gas-dispersed cold atmospheric plasma"; Scientific Reports, Volume 16, 2026-6-13
Amit Kumar, Anett Georgi, Ysabel Huaccallo-Aguilar, et al.; "Degradation and defluorination of perfluorooctane sulfonate (PFOS) forever chemical in water using hydrodynamic cavitation treatment"; Chemical Engineering Journal Advances, Volume 25
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