Bryan Berger est confronté à l'un des plus grands défis environnementaux des temps modernes :l'air, la contamination des sols et de l'eau causée par un groupe de produits chimiques toxiques dont l'utilisation généralisée et les conséquences sur la santé humaine ne sont révélées que maintenant à l'échelle mondiale.

Dans son laboratoire de l'École d'ingénierie de l'Université de Virginie, Berger, professeur agrégé de génie chimique, et son équipe de recherche développent de nouvelles façons de débarrasser la planète des substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles, ou PFAS, qui sont utilisés dans un grand nombre de produits de consommation mais liés à de graves problèmes de santé. Le groupe de Berger enquête sur une source très improbable, Cannabis sativa, ou chanvre industriel, un bourreau de travail fibreux connu pour sa multitude d'utilisations bénéfiques y compris dans les textiles, antimicrobiens et aliments santé.

Berger pense que le chanvre industriel peut également constituer le moyen le plus écologique de réduire un problème qui prend de l'ampleur depuis des décennies.

Création de PFAS

Dans les années 1940, les ingénieurs chimistes ont combiné une longue chaîne d'atomes de carbone avec du fluor pour créer une super substance avec une liaison chimique qui est l'une des plus fortes connues en chimie organique aujourd'hui, presque insensible à la dégradation naturelle. Les scientifiques doivent encore déterminer une demi-vie; une fois dans l'environnement, ça y reste.

La structure chimique est si étroitement liée, il se débarrasse facilement d'autres substances, une solution parfaite lorsque vous avez besoin d'œufs à glisser hors des casseroles antiadhésives, pluie à perler sur les vestes ou les tissus pour résister aux taches. L'armée a également utilisé les produits chimiques pour supprimer les incendies à indice d'octane élevé dans des bases du monde entier.

Les applications commerciales des produits chimiques ont conduit à plus de 4, 730 variantes, et la fabrication et la distribution à grande échelle ont eu lieu pendant plus de 60 ans.

Problèmes identifiés

Dans les années récentes, de nombreuses études de santé par les National Institutes of Health, l'Environmental Protection Agency et d'autres organisations ont découvert que les produits chimiques perfluoroalkylés et polyfluoroalkylés étaient toxiques, avec des liens avec divers cancers, maladies de la thyroïde et du foie, les troubles neurologiques et les problèmes de santé reproductive.

Pendant ce temps, les produits chimiques se sont infiltrés dans les réserves d'eau, la nourriture et le corps des gens, où il a été prouvé qu'ils s'accumulent rapidement. Cela a incité l'Environmental Protection Agency à publier un avis de santé à vie selon lequel les gens ne devraient prendre que 70 parties par billion de deux des variantes les plus courantes, soit environ l'équivalent d'une goutte dans une piscine de la taille d'un terrain de football si elle avait 40 pieds de profondeur. .

Solutions possibles

« Étudier des solutions à la contamination par les PFAS est important pour notre laboratoire car c'est un exemple de l'endroit où nous pouvons concevoir un système unique, solution biologique pour résoudre un problème important affectant la santé humaine et l'environnement, " dit Berger, qui apporte des recherches approfondies sur le chanvre à UVA et conçoit d'autres utilisations pour la plante. "C'est également une excellente occasion pour nous de collaborer avec d'autres professeurs dans toutes les disciplines pour relever les nombreux défis associés à ce travail."

Les premières expériences utilisant le chanvre pour extraire les toxines du PFAS du sol ont été encourageantes. Les membres de son équipe lient également le PFAS à des protéines qui peuvent ensuite être dégradées avec des enzymes. Son laboratoire examine de manière proactive les deux avenues, l'un mieux pour éliminer les produits chimiques de l'eau et l'autre du sol.

« Le chanvre est une fantastique culture de phytoremédiation, il est donc capable d'éliminer des éléments tels que les métaux lourds et d'autres types de substances du sol et des eaux souterraines, " dit Berger, dont le travail avant de rejoindre UVA Engineering en 2018 s'est concentré en partie sur l'utilisation de la capacité naturelle du chanvre à aspirer les contaminants à travers son système fibreux pour nettoyer le sol à l'extérieur des mines de charbon en Pennsylvanie.

"Nous avons récemment obtenu des résultats très intéressants où nous avons examiné la capacité du chanvre à séquestrer et à éliminer les PFAS des échantillons d'eau et de sol, ", a-t-il déclaré. "Cela pourrait être un moyen de réhabiliter de grandes quantités de terres où il pourrait y avoir une contamination en cultivant quelque chose de valeur sur des terres qui n'ont autrement aucune valeur."

Dans un lumineux, laboratoire au deuxième étage dans le Wilsdorf Hall, doctorat l'étudiante Madison Mann retire soigneusement une fiole d'acide perfluorooctanoïque concentré, l'une des variantes de PFAS les plus répandues, derrière une hotte. Elle mène des expériences à la recherche de protéines qui se lient aux produits chimiques PFAS.

« J'essaie de trouver un moyen écologique et économique de séquestrer les PFAS, et ensuite le dégrader, " elle a dit.

Mann a également récemment terminé une expérience dans laquelle elle a cultivé des plantes de chanvre de manière hydroponique dans du PFAS pour voir si elles prendraient même racine dans la substance toxique, ce qu'ils ont très bien fait. La prochaine étape de sa recherche consistera à cataloguer quelle quantité de PFAS, si seulement, est absorbée par les plantes fibreuses. En supposant que les plantes agissent de la même manière qu'avec d'autres métaux lourds, le groupe de recherche réfléchit déjà aux moyens de séparer les produits chimiques du reste de la plante.

"Si vous pouvez décomposer le PFAS en dioxyde de carbone et fluor uniquement, en quelque sorte en toute sécurité se débarrasser du fluor gazeux évidemment, alors vous avez un produit utilisable pour une autre industrie tout en éliminant la substance toxique de l'environnement, " elle a dit.

Alors que le travail est encore au stade de développement, le groupe voit des promesses dans les deux approches pour éliminer les toxines, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires.

« C'est bien d'avoir une cause en laquelle vous croyez et d'essayer de faire la différence, ", a déclaré Mann.

Compte tenu de la nature toxique du PFAS et de sa prévalence, Berger croit que leurs recherches pourraient avoir un impact majeur sur la santé des animaux et de l'environnement.

"J'espère que ce travail apportera une plus grande prise de conscience des impacts environnementaux et sanitaires importants que les PFAS et d'autres contaminants ont sur notre vie quotidienne, " Berger a dit, "et illustrer l'utilité de développer des outils biologiques pour tenter de résoudre ces problèmes dans un environnement respectueux, manière durable. Nous avons déjà des résultats prometteurs indiquant que nos approches seront efficaces et, surtout, peut être mis en œuvre à une échelle et à un coût nécessaires pour relever ce défi dans la pratique en Virginie et au-delà. »