Plasma contra las sustancias químicas tóxicas PFAS

"En el mejor de los casos, las sustancias PFAS nocivas se eliminan hasta el punto de que ya no pueden detectarse en las mediciones por espectrometría de masas"

04.05.2023 - Alemania

Las sustancias químicas nocivas PFAS pueden detectarse actualmente en muchos suelos y masas de agua. Eliminarlos mediante técnicas de filtrado convencionales es costoso y casi inviable. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB están aplicando con éxito una tecnología basada en plasma en el proyecto de investigación conjunta AtWaPlas. El agua contaminada se introduce en un cilindro combinado de vidrio y acero inoxidable, donde se trata con gas ionizado, es decir, plasma. Esto reduce las cadenas moleculares de los PFAS, lo que permite eliminar la sustancia tóxica a bajo coste.

Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) tienen muchas propiedades especiales. Al ser térmica y químicamente estables, así como resistentes al agua, la grasa y la suciedad, pueden encontrarse en un gran número de productos cotidianos: Las cajas de pizza y el papel de horno están recubiertos con ellos, por ejemplo, y los champús y cremas también contienen PFAS. En la industria sirven como agentes extintores y humectantes, y en la agricultura se utilizan en productos fitosanitarios. Sin embargo, ahora también se detectan trazas de PFAS donde no deberían encontrarse: en el suelo, los ríos y las aguas subterráneas, en los alimentos y en el agua potable. Así es como las sustancias nocivas acaban en el cuerpo humano. Debido a su estabilidad química, la eliminación de las llamadas "sustancias químicas para siempre" ha sido casi imposible hasta ahora sin un esfuerzo y un gasto considerables.

El proyecto de investigación conjunta AtWaPlas pretende cambiar esta situación. Las siglas significan Tratamiento con Plasma de Agua Atmosférica. El innovador proyecto se lleva a cabo actualmente en el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB de Stuttgart en cooperación con el socio industrial HYDR.O. Geologen und Ingenieure GbR de Aquisgrán. El objetivo es tratar y recuperar el agua contaminada con PFAS mediante tratamiento con plasma.

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El equipo de investigación dirigido por el Dr. Georg Umlauf, experto en superficies y materiales funcionales, aprovecha la capacidad del plasma para atacar las cadenas moleculares de las sustancias. Este gas conductor de la electricidad, formado por electrones e iones, se genera cuando se aplica una alta tensión. "Nuestros experimentos con plasma han conseguido acortar las cadenas moleculares de PFAS en el agua. Se trata de un paso importante hacia la eliminación eficaz de estos contaminantes persistentes", se congratula Umlauf.

Ciclo del agua en un cilindro de acero inoxidable

Los investigadores de Fraunhofer utilizan una construcción cilíndrica para este proceso de plasma. En su interior hay un tubo de acero inoxidable, que sirve de electrodo de masa del circuito eléctrico. La malla de cobre exterior actúa entonces como electrodo de alta tensión y está protegida en su interior por un dieléctrico de vidrio. Entre ambos queda un espacio muy pequeño, que se rellena con una mezcla de aire. Esta mezcla de aire se convierte en plasma cuando se aplica una tensión de varios kilovoltios. Es visible para el ojo humano por su brillo característico y se descarga en forma de destellos de luz.

Durante el proceso de depuración, el agua contaminada con PFAS se introduce por el fondo del depósito de acero inoxidable y se bombea hacia arriba. A continuación, desciende por el hueco entre los electrodos y atraviesa la atmósfera de plasma eléctricamente activo. El plasma rompe y acorta las cadenas de moléculas de PFAS a medida que se descarga. El agua se bombea repetidamente a través del reactor de acero y de la zona de descarga de plasma en un circuito cerrado, reduciendo cada vez más las cadenas de moléculas de PFAS hasta que se mineralizan por completo. "Lo ideal es que las sustancias PFAS nocivas se eliminen hasta el punto de que ya no puedan detectarse en las mediciones de espectrometría de masas. Esto también cumple la estricta normativa alemana sobre agua potable (TrinkwV) relativa a las concentraciones de PFAS", afirma Umlauf.

La tecnología desarrollada en el Instituto Fraunhofer tiene una ventaja clave sobre los métodos convencionales, como el filtrado con carbón activo: "Los filtros de carbón activo pueden retener las sustancias nocivas, pero no son capaces de eliminarlas. Esto significa que los filtros deben sustituirse y eliminarse periódicamente. La tecnología AtWaPlas, en cambio, es capaz de eliminar por completo las sustancias nocivas sin dejar residuos y es muy eficaz y de bajo mantenimiento", explica Umlauf, experto de Fraunhofer.

Muestras de agua reales en lugar de muestras sintéticas de laboratorio

Para garantizar la viabilidad real, los investigadores del Fraunhofer están probando la purificación del plasma en condiciones más difíciles. Los métodos de ensayo convencionales consisten en utilizar agua perfectamente limpia y soluciones de PFAS mezcladas sintéticamente en el laboratorio. Sin embargo, el equipo de investigación de Stuttgart utiliza muestras de agua "reales" procedentes de zonas contaminadas con PFAS. Las muestras las recoge el socio del proyecto HYDR.O. Geologen und Ingenieure GbR de Aquisgrán. Esta empresa está especializada en la limpieza de lugares contaminados y también realiza simulaciones hidrodinámicas.

Las muestras de agua reales con las que trabajan Umlauf y su equipo contienen, por tanto, PFAS, así como otras partículas, sólidos en suspensión y turbidez orgánica. "Así verificamos la eficacia de depuración de AtWaPlas, no sólo utilizando muestras sintéticas de laboratorio, sino también en condiciones reales con calidades de agua cambiantes. Los parámetros del proceso pueden adaptarse y perfeccionarse al mismo tiempo", explica Umlauf.

Este método de plasma también puede utilizarse para descomponer otras sustancias nocivas, como residuos farmacéuticos en aguas residuales, pesticidas y herbicidas, pero también productos químicos industriales como los cianuros. AtWaPlas también puede utilizarse para tratar el agua potable en aplicaciones móviles de forma rentable y respetuosa con el medio ambiente.

El proyecto conjunto de investigación AtWaPlas se puso en marcha en julio de 2021. Tras una exitosa serie de pruebas a escala piloto con un reactor de 5 litros, el equipo Fraunhofer está trabajando ahora con el socio de investigación conjunta para optimizar aún más el proceso. Georg Umlauf afirma: "Nuestro objetivo actual es eliminar por completo los PFAS tóxicos ampliando los tiempos de proceso y aumentando el número de circulaciones en el tanque. También queremos que la tecnología AtWaPlas esté disponible para su aplicación práctica a mayor escala." En el futuro, las plantas correspondientes podrían instalarse como etapas autónomas de depuración en plantas de tratamiento de aguas residuales o utilizarse en contenedores portátiles en lugares contaminados al aire libre.

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.

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