Les "produits chimiques éternels", du nom de leur capacité à persister dans l'eau et le sol, sont une classe de molécules omniprésentes dans notre vie quotidienne, notamment les emballages alimentaires et les produits d'entretien ménager. Parce que ces produits chimiques ne se décomposent pas, ils se retrouvent dans notre eau et notre nourriture, et ils peuvent avoir des effets sur la santé, comme le cancer ou une diminution de la fertilité.

Le mois dernier, l'Environmental Protection Agency des États-Unis a proposé de donner à deux des produits chimiques pour toujours les plus courants, connus sous le nom de PFOA et PFOS, une désignation "superfund", ce qui permettrait à l'EPA de les suivre plus facilement et de planifier des mesures de nettoyage.

Les nettoyages seraient évidemment plus efficaces si les produits chimiques éternels pouvaient être détruits au cours du processus, et de nombreux chercheurs ont étudié comment les décomposer. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université de Washington a une nouvelle façon de détruire à la fois le PFOA et le PFOS. Les chercheurs ont créé un réacteur capable de décomposer complètement les produits chimiques difficiles à détruire en utilisant de l'« eau supercritique », qui se forme à haute température et pression. Cette technologie pourrait aider à traiter les déchets industriels, à détruire les produits chimiques concentrés pour toujours qui existent déjà dans l'environnement et à traiter les anciens stocks, tels que les produits chimiques pour toujours dans la mousse anti-incendie.

L'équipe a publié ces résultats dans Chemical Engineering Journal .

UW News s'est entretenu avec l'auteur principal Igor Novosselov, professeur agrégé de recherche en génie mécanique à l'UW, pour en savoir plus sur les détails.

Qu'est-ce que l'eau supercritique et comment peut-elle détruire ces molécules ?

Igor Novosselov :Notre réacteur chauffe essentiellement l'eau très rapidement, mais il chauffe l'eau différemment que lorsque vous la faites bouillir pour des pâtes. Généralement, lorsque vous augmentez la température, l'eau bout et se transforme en vapeur. À partir de là, l'eau et la vapeur ne deviennent pas plus chaudes que 100 degrés Celsius (212 F).

Mais si vous comprimez l'eau, vous pouvez modifier cet équilibre et obtenir ce point d'ébullition à des températures beaucoup plus élevées. Si vous augmentez la pression, la température d'ébullition augmente. À un moment donné, l'eau ne passera pas du liquide à la vapeur. Au lieu de cela, vous atteindrez un point critique où l'eau atteindra un état différent de la matière, appelé la phase supercritique. Ici, l'eau n'est ni un liquide ni un gaz. C'est quelque chose entre les deux, et les lignes sont un peu floues là-bas. C'est quelque chose comme un plasma où les molécules d'eau deviennent comme des particules ionisées. Ces molécules partiellement dissociées rebondissent à des températures élevées et à des vitesses élevées. C'est un environnement très corrosif et chimiquement agressif dans lequel les molécules organiques ne peuvent pas survivre.

Les produits chimiques qui survivent éternellement dans l'eau normale, tels que le SPFO et l'APFO, peuvent être décomposés dans l'eau supercritique à un taux très élevé. Si les conditions sont réunies, ces molécules récalcitrantes peuvent être complètement détruites, ne laissant aucun produit intermédiaire et ne produisant que des substances inoffensives, telles que le dioxyde de carbone, l'eau et les sels fluorés, qui sont souvent ajoutés à l'eau municipale et au dentifrice.

Comment avez-vous commencé à concevoir ce réacteur ?

Novosselov :Nous l'avons conçu à l'origine pour décomposer les agents de guerre chimique, qui sont également très difficiles à détruire. Il nous a fallu cinq ans pour fabriquer le réacteur. Il y avait des questions importantes telles que, comment pouvons-nous maintenir les choses à cette pression? A l'intérieur du réacteur, la pression est 200 fois plus élevée qu'au niveau de la mer. Une autre question que nous avions était :comment s'assurer que le réacteur s'allume et fonctionne à une température désignée en mode continu ? C'est devenu un projet d'ingénierie, mais après tout, nous sommes des ingénieurs.

Comment fonctionne le réacteur ?

Novosselov :Le tout est à l'intérieur d'un épais tuyau en acier inoxydable d'environ un pied de long et un pouce de diamètre. Nous pouvons faire varier la température à l'intérieur pour déterminer la température à laquelle nous devons aller pour détruire complètement un produit chimique. Certains produits chimiques nécessitent 400 C (752 F), certains 650 C (1 202 F).

Au sommet du réacteur, nous injectons en continu du carburant pilote, de l'air et le produit chimique que nous voulons détruire, par exemple :le PFOS, dans l'eau supercritique. Le carburant fournit la chaleur nécessaire pour que le mélange reste supercritique, et le SPFO se mélange rapidement à ce milieu agressif. Globalement, le temps de réaction est inférieur à une minute. Au fond du réacteur, le mélange est refroidi pour produire à la fois une décharge liquide et gazeuse. Nous pouvons analyser ce qui se trouve dans les phases liquide et gazeuse pour déterminer si nous avons détruit le produit chimique.

Qu'avez-vous trouvé ?

Novosselov :Nous avons fait la même expérience avec le PFOS et le PFOA, car les deux sont réglementés par l'EPA. Nous avons vu que le PFOA disparaît dans des conditions supercritiques douces (environ 400 degrés C ou 750 F), mais pas le PFOS. Il a fallu attendre que nous atteignions 610 degrés C (1130 F) pour voir la destruction du SPFO. À cette température, le SPFO et tous les intermédiaires ont été détruits en 30 secondes.

À des températures plus basses, les expériences sur le SPFO ont montré la formation d'une variété de molécules intermédiaires, y compris le PFOA. Certains de ces produits de dégradation sont sortis en phase liquide, ce qui signifie qu'ils pourraient être présents dans les eaux usées des sites de fabrication qui utilisent toujours des produits chimiques. Mais d'autres intermédiaires sortent en phase gazeuse, ce qui est problématique car les émissions de gaz ne sont généralement pas réglementées. Ces molécules contiennent l'élément fluor, et nous savons que ces types de gaz contribuent aux effets de serre. À l'heure actuelle, nous n'avons aucun moyen de surveiller la pollution par les gaz en temps réel, et nous ne savons pas combien nous produirons ni même leur composition chimique exacte.

Quelle est la prochaine étape de ce projet ?

Novosselov :Nous avons quelques prochaines étapes. Nous avons utilisé le réacteur pour voir à quel point il détruit d'autres produits chimiques pour toujours en plus du PFOS et du PFOA. Nous évaluons également dans quelle mesure cette technologie pourrait fonctionner pour des scénarios réels. Vous ne pouvez probablement pas traiter l'ensemble de l'océan comme ça, par exemple. Mais nous pourrions éventuellement l'utiliser pour traiter des problèmes existants, tels que les déchets chimiques permanents sur les sites de fabrication.

La contamination chimique permanente est un gros problème, et elle ne disparaîtra pas. Nous sommes ravis de travailler dessus et de collaborer avec les régulateurs et les principaux groupes du monde universitaire et de l'industrie pour trouver la solution. + Explorer plus loin

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