PFASは地球上で最も頑固な汚染物質の一つです。現在、1万種以上のこの合成化学物質が知られており、ほとんどは自然界で分解されることがありません。これらの物質は下水を通じて河川や海洋に入り、検査された98%の人間の血液中に発見されています。その中には癌と関連するものもあり、大多数はその影響が不明です。すべてのPFASは生物体内に蓄積します。ドイツのヘルムホルツ・ドレスデン-ロスンドルフセンター（HZDR）の研究者たちは、PFASを破壊し、その除去を困難にする炭素-フッ素結合を壊すことができる2つの実験的プロセスを開発しました。
関連研究結果は『化学工学ジャーナル進展』と『科学報告』に発表されました。これらの方法は商業化の準備が整っていませんが、さらなる開発のための結果が得られています。
ドイツの研究者がPFASを分解する新しい方法を開発
最初の方法は水力キャビテーションです。PFASを含む水が狭い通路を通過することで小さな気泡が生成されます。PFASは表面活性を持っているため、気泡の表面を含む表面に自動的に移動します。気泡が下流の高圧に遭遇すると、崩壊が起こります。この崩壊により、気泡の表面にあるPFASが数千度の局所的な温度の急上昇にさらされます。同時に、崩壊によって生成される高度反応性のヒドロキシルラジカルがPFAS分子の分解産物を攻撃します。研究者のYsabel Huaccallo-Aguilar博士とそのチームは、最も持続性のあるPFAS化合物の一つであるPFOSを実験でテストしました。
約37%の溶解したPFOS分子が一貫した速度で分解されました。チームは現在、この数字を80%以上に引き上げることに取り組んでおり、同時に結合したフッ素の半分以上を無機物に変換できることを望んでいます。
2つ目の方法は、冷たい大気プラズマとガス拡散を組み合わせたものです。ガスがPFASで汚染された水に導入されると同時に、水面でプラズマが生成されます。PFASは上昇する気泡の表面に付着します。気泡が上昇するにつれて、水流を循環し、PFASを表面に持ち上げ、そこでプラズマがそれらを破壊します。この実験を主導するAmit Kumar博士は、この方法が長鎖および短鎖PFASをほぼ完全に分解できることを発見しました。約35%のフッ素原子がフッ化物塩の形で放出されます。キャビテーションとは異なり、プラズマ法は室温で動作し、触媒や追加の化学物質を必要としません。
しかし、この方法には2つの顕著な欠点があります。プラズマプロセスは、単位体積あたりのエネルギー消費がキャビテーションよりもはるかに高く、調査されていない安全性の変化生成物を含む一連の副生成物を生成します。研究者たちは、これらの副生成物が健康リスクをもたらすかどうか、またそれを防ぐ方法を特定するためのテストを行っています。
2つの方法を組み合わせることでPFAS分解効率の向上が期待される
HZDRは現在、プラズマプロセスを50ミリリットルから5リットルに拡大し、複数の電極と技術ガス注入器を使用しています。次のステップは、これら2つの方法を組み合わせることです。HZDR水と環境技術部門の責任者であるSebastian Reinecke博士は、この組み合わせがいずれかの方法を単独で使用する効果を超えると信じています。彼は、「プラズマ中の高度反応性物質とキャビテーションの効果を組み合わせることで、高い分解率を実現できると信じています。」と述べています。この混合方法が効果的であれば、大規模なPFAS除去のための実用的な道を提供し、現在はどちらの方法も単独ではこの目標を達成できません。