Un equipo de la UFZ desarrolla un proceso para eliminar el ácido perfluorobutanoico del agua

En la actualidad existen alrededor de 10.000 sustancias PFAS, de las cuales entre 4.000 y 5.000 se utilizan industrialmente: en la fabricación de ropa de exterior, envases de alimentos, sartenes, cosméticos y mucho más. Numerosos PFAS, por ejemplo en espumas extintoras, se liberan al medio ambiente y se degradan muy lentamente o no se degradan en absoluto.

Suponen un riesgo para la salud humana, ya que afectan al metabolismo, el equilibrio hormonal, la reproducción y el sistema inmunitario, y se sospecha que son cancerígenos. Por ello, numerosos PFAS con largas cadenas de carbono ya han sido regulados por el Convenio de Estocolmo, lo que significa que su producción y uso están prohibidos o restringidos. En consecuencia, la industria los ha sustituido cada vez más por PFAS de cadena corta, con el resultado de que cada vez se detectan más PFAS de cadena corta en el medio ambiente, como el ácido perfluorobutanoico (PFBA).

El PFBA tiene sólo cuatro átomos de carbono y un grupo carboxilo al final de la molécula que atrae fuertemente el agua. "Por eso el PFBA se disuelve muy bien en el agua y es muy móvil. Por eso es difícil eliminar el PFBA del agua con métodos convencionales, como la adsorción en carbón activo", explica la Dra. Anett Georgi, química de la UFZ y autora del estudio.

Para eliminar el PFBA del agua, el equipo de investigación de la UFZ ha desarrollado un proceso de purificación electroquímica en dos etapas en el que primero se enriquece el PFBA y luego se destruye. Así es como funciona: En el primer paso, grandes cantidades de agua que contienen PFBA se hacen pasar a través de una celda de flujo continuo con un electrodo fabricado con un vellón de fibra de carbono activado similar al textil mediante electroadsorción.

Éste se carga ligeramente de forma positiva. "Como resultado, el PFBA cargado negativamente se deposita en la superficie del carbón activado", explica el autor principal e ingeniero medioambiental de la UFZ, el Dr. Navid Saeidi. Al invertir la polaridad del voltaje, el PFBA se libera de nuevo de la superficie, se enjuaga con un pequeño volumen de agua y se recoge como concentrado. La concentración de PFBA puede multiplicarse hasta por 40.

Este enriquecimiento puede repetirse varias veces utilizando una disposición en cascada de células de electroabsorción. En el segundo paso del proceso, el PFBA se destruye por electrooxidación en un electrodo de diamante dopado con boro, es decir, por purificación química del agua, que se activa mediante una corriente eléctrica. El ánodo tiene un fuerte efecto oxidante y provoca la descomposición del PFBA. El principal producto de descomposición que queda es el fluoruro, que se separa fácilmente.

"Todos los pasos pueden realizarse in situ, lo que reduce los costes de transporte, y la energía necesaria es baja", afirma Anett Georgi, nombrando dos ventajas del proceso.

Como la adsorción de PFBA se controla aplicando una tensión eléctrica, el vellón de adsorción de carbón activado puede regenerarse una y otra vez y, por tanto, utilizarse varias veces, a diferencia de otros procesos en los que el carbón activado enriquecido con PFAS tiene que eliminarse en plantas incineradoras de residuos o tiene que reciclarse con un gran gasto energético. "Así no sólo se conservan los recursos fósiles, sino que también se reduce el consumo de CO2, ya que el carbón activado suele obtenerse de la hulla y se importa principalmente de Asia", añade Anett Georgi.

Los científicos de la UFZ ven aplicaciones potenciales para su proceso, para el que ya se ha presentado una solicitud de patente, sobre todo allí donde sea necesario eliminar PFAS de los flujos de aguas residuales municipales e industriales, por ejemplo en los aeropuertos, donde las aguas subterráneas están contaminadas con PFAS de cadena corta y larga debido al uso de espumas contra incendios. "Como los operadores tienen que cumplir unos límites de PFAS cada vez más estrictos, se necesitan tecnologías más eficientes y sostenibles para su eliminación que sean fiables, respetuosas con el medio ambiente y asequibles, como nuestro método.

Podría complementar a los clásicos adsorbedores de carbón activado para la contaminación por PFAS complejos y capturar los PFAS de cadena corta", afirma la coautora y química de la UFZ, la Dra. Katrin Mackenzie. "Esto supondría un tiempo de funcionamiento significativamente mayor y, por tanto, un ahorro de costes para toda la unidad de adsorción".