As espumas de combate a incêndios geralmente usam substâncias per e polifluoroalquil, ou PFASs, que não se decompõem no ambiente. Crédito: FORGET Patrick/Alamy
https://www.nature.com/articles/d41586-022-02247-0
18 de agosto de 2022
O descarte dessas substâncias persistentes geralmente requer altas pressões e temperaturas.
Pesquisadores desenvolveram 1 uma abordagem para quebrar uma classe de produtos químicos de longa duração que eles dizem ser mais fácil e mais barato do que os métodos agressivos atualmente usados. O trabalho também sugere como esses produtos químicos, que têm sido associados a problemas de saúde, se desfazem – uma descoberta que pode ajudar a destruir esses poluentes persistentes.
Substâncias per e polifluoroalquil, ou PFASs, são amplamente utilizadas em produtos como espumas de combate a incêndio, roupas impermeáveis e panelas antiaderentes. Apelidados de “forever chemicals/produtos químicos para sempre” porque não se decompõem em condições ambientais típicas, os PFASs se acumulam no solo e na água e podem persistir no corpo humano uma vez ingeridos. Um estudo de 2015 2 encontrou PFASs no sangue de 97% dos americanos, e os cientistas os associaram a condições como doenças da tireoide, colesterol alto e câncer.
“Os produtos químicos foram originalmente projetados por empresas para serem estáveis – essa era uma característica, mas quando entram no meio ambiente, é uma falha”, diz Shira Joudan, química ambiental da Universidade de York em Toronto, Canadá.
Os PFASs podem ser removidos da água, mas o descarte desses produtos químicos provou ser um desafio. Quando enterrados em aterros sanitários, os PFASs são lixiviados para o ambiente circundante, arriscando a contaminação do solo e das águas subterrâneas.
Tratamentos severos
Os métodos para descartar PFASs normalmente dependem de tratamentos caros e agressivos, alguns dos quais exigem altas pressões e temperaturas acima de 1.000 °C. Além disso, há evidências de que a incineração de produtos contendo PFASs pode levar à disseminação desses compostos no meio ambiente, diz Brittany Trang, química ambiental da Northwestern University em Evanston, Illinois, que co-liderou o estudo que descreve a nova abordagem. “Há uma necessidade de um método para se livrar dos PFASs de uma forma que não continue a poluir”, diz ela.
O método mais recente, publicado em 18 de agosto por Brittany Trang na revista científica Science , mostrou-se promissor em quebrar um dos maiores grupos de PFASs usando reagentes baratos e temperaturas de cerca de 100°C.
Joudan, que não esteve envolvida no estudo, diz estar animada com a abordagem. “Esta é a primeira vez que vejo um mecanismo de degradação em que pensei: ‘isso pode realmente fazer a diferença'”.
Os PFASs devem sua durabilidade a uma série de ligações carbono-flúor, que estão entre as ligações químicas mais fortes da natureza. Em vez de tentar quebrar essa ligação estável, Trang e seus colegas visaram um grupo químico contendo átomos de oxigênio em uma extremidade da molécula. Ao aquecer os compostos em um solvente chamado DMSO e um reagente comum encontrado em produtos de limpeza e sabonetes, os pesquisadores eliminaram com sucesso o grupo contendo oxigênio. Isso desencadeou uma cascata de reações que, em última análise, decompôs os compostos em produtos inofensivos.
Produtos residuais
Usando essa abordagem, a equipe degradou dez PFASs, incluindo o PFOA – um produto químico proibido na maioria dos países – e um de seus substitutos comuns.
Análises computacionais sugeriram que esta classe de PFASs separa dois ou três carbonos de cada vez, em vez de um carbono de cada vez, como geralmente assumido. Compreender os mecanismos pelos quais esses poluentes se decompõem poderia informar abordagens para resolver o problema dos produtos químicos para sempre, diz Joudan.
Até agora, os cientistas identificaram mais de 12.000 PFASs. A abordagem de degradação mais recente funciona em PFOA e produtos químicos intimamente relacionados, mas não em outra classe popular de PFASs conhecida como ácido perfluorooctanossulfônico, ou PFOS – que é potencialmente tóxico e não está mais no mercado em muitos países. Por outro lado, os métodos existentes podem degradar o PFOA e o PFOS, diz Ian Ross, que lidera a consultoria em PFASs na Tetra Tech, uma empresa de consultoria e engenharia com sede em Pasadena, Califórnia.
Ross também observa que o uso de DMSO como solvente no tratamento de resíduos pode não ser prático, e ele questiona se a abordagem encontrará aplicações no mundo real. “Vai custar uma fortuna se você comprar grandes quantidades de DMSO e depois descartar o DMSO – você não pode colocá-lo em um esgoto”, diz ele.
Os pesquisadores esperam que o estudo ajude outros a desenvolver suas próprias abordagens para quebrar os PFASs. “Qualquer pessoa que trabalhe na degradação de PFASs pode olhar para isso e talvez entender melhor o que pode estar acontecendo”, diz o coautor William Dichtel, que estuda a remoção de PFAS na Northwestern University. “Mesmo que eu não finja que esta é a solução final, é realmente por isso que eu faço ciência – para que eu possa ter um impacto positivo no mundo.”
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02247-0
Referências
- Trang, B. et ai. Ciência https://doi.org/10.1126/science.abm8868 (2022).
- Lewis, RC, Johns, LE & Meeker, JD Int. J. Ambiente. Res. Saúde Pública 12 , 6098–6114 (2015).
Tradução livre, parcial, de Luiz Jacques Saldanha, agosto de 2022.
Forever Chemicals Não Mais? PFAS são destruídos com nova técnica
Resíduos de espuma de combate a incêndios de um acidente de caminhão-tanque na Pensilvânia. Os produtos químicos PFAS estão por toda parte, inclusive em espumas, panelas antiaderentes de Teflon, fio dental e embalagens de fast food.Crédito…Jana Shea/Alamy
https://www.nytimes.com/2022/08/18/science/pfas-forever-chemicals.html
18 de agosto de 2022
As moléculas nocivas estão por toda parte, mas os químicos fizeram progressos no desenvolvimento de um método para decompô-las.
Uma equipe de cientistas encontrou uma maneira barata e eficaz de destruir os chamados produtos químicos para sempre, um grupo de compostos que representam uma ameaça global à saúde humana.
Os produtos químicos – conhecidos como PFAS, ou substâncias per e polifluoroalquil – são encontrados em uma variedade de produtos e contaminam a água e o solo em todo o mundo. Deixados por conta própria, eles são notavelmente duráveis, permanecendo perigosos por gerações.
Os cientistas vêm procurando maneiras de destruí-los há anos. Em um estudo, publicado na revista Science, uma equipe de pesquisadores tornou as moléculas de PFAS inofensivas misturando-as com dois compostos baratos em baixa ebulição. Em questão de horas, as moléculas de PFAS se desintegraram.
“Fiquei realmente chocado”, disse Shira Joudan, química ambiental da Universidade de York, no Canadá, que não esteve envolvida na nova pesquisa.
A nova técnica pode fornecer uma maneira de destruir os produtos químicos PFAS assim que forem retirados da água ou do solo contaminados. Mas William Dichtel, químico da Northwestern University e coautor do estudo, disse que há muito esforço pela frente para fazê-lo funcionar fora dos limites de um laboratório. “Então estaríamos em uma posição real para falar sobre praticidade”, disse ele.
Os químicos criaram os compostos PFAS pela primeira vez na década de 1930, e os produtos químicos logo provaram ser notavelmente bons em repelir água e graxa. A empresa americana 3M usou produtos químicos PFAS para criar o Scotchgard, que protege tecidos e tapetes. Os produtos químicos PFAS colocam o antiaderente em panelas antiaderentes de Teflon. Os bombeiros começaram a apagar incêndios com espuma com PFAS. É fácil encontrar PFAS em nossas vidas cotidianas, inclusive no fio dental que colocamos entre os dentes e nas embalagens de alimentos usadas em restaurantes.
Eles também são prejudiciais. Mesmo baixos níveis crônicos de exposição ao PFAS têm sido associados a um risco aumentado de câncer, danos no fígado, baixo peso ao nascer e imunidade reduzida.
“Quase todos os americanos os têm em seus corpos”, disse Tasha Stoiber, cientista sênior do Environmental Working Group, um grupo de defesa do meio ambiente que realiza pesquisas sobre produtos químicos PFAS.
Manusear uma embalagem de alimentos com PFAS ou usar uma calça jeans tratada com os produtos químicos pode expor as pessoas a seus perigos. Mas os produtos químicos PFAS também podem chegar até nós através do meio ambiente.
Eles são liberados no ar de fábricas que os utilizam na fabricação. Algumas empresas despejaram produtos químicos PFAS, que se espalharam em rios e águas subterrâneas. O Departamento de Defesa pulverizou produtos químicos PFAS em suas bases durante exercícios de treinamento de combate a incêndios.
Uma vez que os produtos químicos PFAS escapam para o meio ambiente, eles estão lá para sempre porque sua estrutura molecular permite que eles resistam à decomposição. Cada molécula é uma longa cadeia de carbono cravejada de átomos de flúor. As ligações entre o carbono e o flúor são tão fortes que não podem ser quebradas pela água, enzimas de bactérias ou outras substâncias naturais.
Como resultado, os produtos químicos PFAS se acumularam na água e no solo em todo o planeta. No início deste mês, uma equipe de cientistas relatou que poderia encontrar PFAS em gotas de chuva caindo no Tibete e na Antártida. Muitas das amostras analisadas tinham concentrações de PFAS superiores ao nível que a Agência de Proteção Ambiental dos EUA considera seguro.
“Nós realmente poluímos o mundo inteiro com essas coisas”, disse Dichtel.
Um funcionário do Departamento de Qualidade Ambiental de Michigan exibiu um mapa de água potável contaminada com PFAS aos moradores de Parchment, Michigan, em 2018. Crédito: Jim West/Alamy
Embora os perigos do PFAS sejam conhecidos há anos, os governos demoraram a enfrentá-los. Em junho, o governo Biden anunciou novas medidas para monitorar os produtos químicos, reduzir sua liberação e lidar com os danos que podem causar à saúde humana.
Um passo crucial para desfazer os danos dos produtos químicos PFAS é removê-los do meio ambiente. Dr. Dichtel tem feito parte desse esforço, inventando polímeros pegajosos que podem puxar as moléculas da água contaminada.
Mas por si só, filtrar PFAS não é uma solução completa. “A maioria das tecnologias de tratamento de PFAS em uso hoje servem apenas para remover o PFAS da água, mas isso apenas concentra os resíduos de PFAS”, disse Timothy Strathmann, engenheiro ambiental da Colorado School of Mines.
Um método comum para se livrar desse PFAS concentrado é queimá-lo. Mas alguns estudos indicam que a incineração não consegue destruir todos os produtos químicos e joga a poluição sobrevivente no ar. Em maio, o Departamento de Defesa interrompeu a incineração de espuma anti-incêndio.
Os químicos têm procurado maneiras mais seguras de se livrar do PFAS, mas tem sido difícil encontrar métodos baratos e seguros. Em 2020, o Dr. Dichtel se deparou com um possível tratamento que era surpreendentemente simples.
No final da cadeia de carbono-flúor de uma molécula de PFAS, ela é coberta por um aglomerado de outros átomos. Muitos tipos de moléculas de PFAS têm cabeças feitas de um átomo de carbono conectado a um par de átomos de oxigênio, por exemplo.
Dr. Dichtel se deparou com um estudo no qual químicos da Universidade de Alberta encontraram uma maneira fácil de arrancar cabeças de carbono-oxigênio de outras cadeias. Ele sugeriu a sua aluna de pós-graduação, Brittany Trang, que ela experimentasse as moléculas de PFAS.
Dr. Trang estava cético. Ela tentou arrancar cabeças de carbono-oxigênio das moléculas de PFAS por meses sem sorte. De acordo com a receita de Alberta, tudo o que ela precisava fazer era misturar PFAS com um solvente comum chamado dimetilsulfóxido, ou DMSO, e fervê-lo.
“Eu não queria tentar inicialmente porque achei que era muito simples”, disse o Dr. Trang. “Se isso acontecer, as pessoas já saberiam disso.”
Um estudante de pós-graduação mais velho aconselhou-a a tentar. Para sua surpresa, a cabeça de carbono-oxigênio caiu.
Parece que o DMSO torna a cabeça frágil alterando o campo elétrico ao redor da molécula de PFAS e, sem a cabeça, as ligações entre os átomos de carbono e os átomos de flúor também se tornam fracas. “Esse método estranhamente simples funcionou”, disse a Dra. Trang, que terminou seu doutorado no mês passado e agora é jornalista .
Infelizmente, o Dr. Trang descobriu o quão bem o DMSO funcionava em março de 2020 e foi prontamente excluído do laboratório pela pandemia. Ela passou os próximos dois meses e meio sonhando com outros ingredientes que ela poderia adicionar à sopa de DMSO para acelerar a destruição de produtos químicos PFAS.
No retorno do Dra. Trang, ela começou a testar vários produtos químicos até encontrar um que funcionasse. Era hidróxido de sódio, o produto químico da soda cáustica.
Quando ela aqueceu a mistura a temperaturas entre cerca de 175 graus a 250 graus Fahrenheit, a maioria das moléculas de PFAS se decompôs em questão de horas. Em poucos dias, os subprodutos restantes contendo flúor também se decompuseram em moléculas inofensivas.
Dra. Trang e Dr. Dichtel se uniram a outros químicos na UCLA e na China para descobrir o que estava acontecendo. O hidróxido de sódio acelera a destruição das moléculas de PFAS, ligando-se avidamente aos fragmentos à medida que se desfazem. Os átomos de flúor perdem sua ligação com os átomos de carbono, tornando-se inofensivos.
“Uma vez que você der uma chance, essa coisa será descompactada”, disse Dichtel.
O Dr. Strathmann, que não esteve envolvido na pesquisa, disse que o novo estudo era importante porque se baseava em uma química profundamente diferente de outros métodos que estavam sendo estudados. “Vamos precisar de algumas soluções criativas”, disse ele.
Dr. Dichtel e seus colegas estão agora investigando como ampliar seu método para lidar com grandes quantidades de produtos químicos PFAS. Eles também estão analisando outros tipos de moléculas de PFAS com cabeças diferentes para ver se podem retirá-las também.
“É um grande desafio, mas está ao nosso alcance”, disse ele.
“Esta pesquisa é desesperadamente necessária”, disse o Dr. Stoiber. Mas ela alertou que, mesmo que a nova técnica funcione fora do laboratório, ela não resolverá o problema do PFAS por si só, porque a escala do problema ficou muito grande – e está aumentando.
Os cientistas estimam que mais de 50.000 toneladas de PFAS são emitidas na atmosfera a cada ano. Enquanto isso, as empresas químicas estão inventando novas moléculas de PFAS rapidamente.
“A realidade da situação é que não há realmente nenhuma solução mágica agora além de realizar o trabalho duro de reconhecer o quão difícil é o problema e fechar a torneira para que não piore”, disse ela.
Carl Zimmer escreve a coluna “Matéria” . Ele é autor de quatorze livros, incluindo “Life's Edge: The Search For What It Means To Be Alive”.@carlzimmer • Facebook
Tradução livre, parcial, de Luiz Jacques Saldanha, agosto de 2022.