טכנולוגיה חדשה ללכידת כימיקלים נצחיים
צוות מחקר מאוניברסיטת רייס (Rice University), בשיתוף חוקרים בינלאומיים, פיתח לראשונה טכנולוגיה ידידותית לסביבה המסוגלת ללכוד במהירות ולפרק חומרים רעילים המכונים "כימיקלים נצחיים" (PFAS) במים.
PFAS הם קבוצת חומרים סינתטיים שפותחה לראשונה בשנות ה־40 של המאה הקודמת. חומרים אלה שימשו לאורך השנים במוצרים יומיים רבים, בהם מחבתות טפלון, ביגוד עמיד למים ואריזות מזון מסוימות. הפופולריות שלהם נבעה מהעמידות הגבוהה שלהם לחום, לשומן ולמים, אך אותה עמידות עצמה גורמת להם להתפרק באיטיות קיצונית, ומכאן הכינוי "כימיקלים נצחיים".
כיום אפשר למצוא PFAS במים, בקרקע ובאוויר בכל מקום כמעט בעולם. מחקרים קשרו חשיפה לחומרים אלה לנזקים בכבד, להפרעות בפוריות, לפגיעה במערכת החיסון ולסוגי סרטן מסוימים. ניקוי סביבתי של PFAS הוא אתגר ממשי, שכן לאחר שהם חודרים לסביבה, קשה מאוד לסלק אותם וקשה עוד יותר לפרקם לחלוטין.
שיטות נפוצות כיום לסילוק PFAS מבוססות בעיקר על ספיחה, כלומר הצמדת החומרים למצעי סינון כגון פחם פעיל או שרפים מחליפי יונים. אף שהשיטות האלו נפוצות, יש להן מגבלות של ממש, ובהן יעילות נמוכה, פעולה איטית, קיבולת מוגבלת ויצירת פסולת מזוהמת נוספת שמצריכה טיפול נפרד.
הטכנולוגיה החדשה מבוססת על חומר מסוג הידרוקסיד כפול שכבתי (LDH) העשוי משכבות של נחושת ואלומיניום. פרופ' קים צ'ונג (Kim Chong), ראש צוות המחקר, זיהה לראשונה את סוג החומר הזה עוד בשנת 2021, כאשר היה דוקטורנט ב־KAIST. בהמשך, במחקר מעמיק יותר, גילה צ'ונג כי גרסה מסוימת של החומר, המכילה ניטראט, מסוגלת ללכוד PFAS ביעילות יוצאת דופן.
לדברי החוקרים, הביצועים המרשימים נובעים מהמבנה הפנימי של החומר. השכבות המסודרות של נחושת ואלומיניום וחוסר איזון מטעני זעיר, יוצרות משטח אטרקטיבי במיוחד שאליו מולקולות PFAS יכולות להיצמד במהירות ובעוצמה.
כדי לבחון את יעילות המערכת בתנאים מציאותיים, נבדק חומר ה־LDH במי נהר, במי ברז ובמי שפכים. בכל המקרים הוא שמר על רמת יעילות גבוהה. הוא הוכיח ביצועים טובים הן בניסויים סטטיים והן במערכות זרימה רציפה, מה שמלמד על פוטנציאל לשילובו במיתקני טיפול עירוניים ובמערכי ניקוי תעשייתיים.
לכידת PFAS היא רק שלב אחד, שכן החומרים חייבים עדיין לעבור פירוק בטוח. בשיתוף עם צוות פרופסורים מאוניברסיטת רייס, צ'ונג פיתח תהליך לפירוק תרמי של PFAS לאחר לכידתם על גבי החומר LDH. כאשר החומר הרווי ב־PFAS חומם עם סידן פחמתי, החוקרים הצליחו לפרק יותר ממחצית מהחומרים הלכודים ללא פליטת תוצרי לוואי רעילים. בד בבד אותו תהליך חידש את חומר ה־LDH ואפשר שימוש חוזר בו.
ניסויים ראשוניים הראו כי החומר יכול לעבור שישה מחזורים מלאים לפחות של לכידה, פירוק וחידוש. בשל כך זו המערכת הראשונה הידועה כיום שהיא גם ידידותית לסביבה וגם בת־קיימה, ומשלבת סילוק מהיר של PFAS עם שימוש חוזר בחומר הפעיל.
