Учени откриха находчив начин да премахнат „вечните химикали“ от почвата

Това е впечатляващ пример за повторно използване на ценни хранителни вещества и безспорно е добър източник на тор. В продължение на години биосолидите са предлагани на земеделските производители като естествена алтернатива на торовете, произведени от петрохимически суровини.

Те обаче създават и изключително сериозен проблем, тъй като голяма част от утайките са замърсени с PFAS – т.нар. „вечни химикали“.

За щастие учените вече работят върху възможно решение.

Защо замърсяването с PFAS е толкова сериозно

„Този проблем – замърсяването на земеделските земи с PFAS – засяга особено тежко малките и биологичните стопанства. Те са използвали торове, съдържащи PFAS, преди да стане известен пълният мащаб на проблема“, обяснява специалистът по науки за околната среда Джейк Томпсън от Йейлския университет.

Томпсън и колегите му предлагат подробно разработен метод за почистване и възстановяване на замърсените почви. Подходът, публикуван в научното списание PNAS, може значително да намали концентрацията на PFAS срещу малка част от разходите за прилаганите в момента технологии.

Национално проучване на утайките от отпадъчни води, проведено през 2001 г. от Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (EPA), установява, че в общото количество биосолиди, произвеждани всяка година в страната, се съдържат между 2749 и 3450 килограма PFAS. Около половината от тези биосолиди впоследствие се използват за наторяване на земеделски земи.

Както подсказва наименованието им, „вечните химикали“ почти не се разграждат. Въглеродно-флуорната верига в основата на молекулите им е толкова устойчива, че PFAS могат да останат в околната среда в продължение на хиляди години.

Попаднали веднъж в почвата, тези вещества се задържат в нея. С всяко следващо внасяне на биосолиди количеството им постепенно се увеличава, а част от тях може да проникне в близките водни басейни и течения. PFAS могат да бъдат усвоени и от растенията, отглеждани върху замърсената земя, а оттам отново да попаднат в хранителната верига.

Това поражда сериозни опасения, тъй като все повече научни данни показват, че излагането на PFAS може да навреди на живите организми.

Лабораторни изследвания върху животни сочат възможна връзка между PFAS и развитието на ракови заболявания, както и с усложнения при бременността и нарушения на репродуктивните функции.

Проучвания сред хора също откриват зависимости между излагането на PFAS и появата на определени видове рак, повишения риск от сърдечносъдови заболявания, множествената склероза и проблемите с фертилитета.

Много от тези изследвания все още са на предварителен етап, затова установените връзки продължават да се проучват.

Общата картина обаче е достатъчно тревожна: PFAS определено не са вещества, които бихме искали да се натрупват в почвите, използвани за производството на храна.

„Макар изследването да е съсредоточено върху САЩ, наличните данни показват, че PFAS представляват глобално предизвикателство“, казва Томпсън.

Сегашните методи биха стрували трилиони долари

Почистването на подобно замърсяване далеч не е лесна задача. Отстраняването на PFAS от земеделските земи в САЩ чрез използваните в момента технологии струва приблизително между 800 000 и 1,6 млн. долара на хектар. При прилагането им в национален мащаб общата сметка би достигнала около 8 трилиона щатски долара.

За сравнение, предложеният нов метод би струвал около 29 000 долара на хектар, дори ако процедурата се повтаря в продължение на до 20 години, за да се постигне необходимото възстановяване на почвата.

Според изследователите подходът допринася и за подобряване на състоянието на почвата. За разлика от него, съществуващите методи включват изкопаване и „изгаряне“ на замърсената земна маса, което унищожава плодородния повърхностен слой и води до отделянето на големи количества въглероден диоксид.

Как действа новият метод

Първата стъпка е върху замърсените полета да се разпръсне натрошена алкална скала. В своите модели Томпсън и екипът му използват базалт, но според тях варовикът също би могъл да бъде подходящ.

„Добавянето на алкални скални материали към почвата – процес, известен и като ускорено изветряне – повишава нейното pH до целева стойност 7. Това увеличава подвижността и бионаличността на ключови PFAS, сред които перфлуорооктансулфонатът (PFOS) и перфлуорооктановата киселина (PFOA)“, обясняват авторите на изследването.

След това върху замърсените терени се засаждат растения като коноп и многогодишни треви, които могат бързо да натрупват PFOS в тъканите си. След прибирането им растенията се подлагат на пиролиза – термична обработка в среда без кислород, при която се получава биовъглен.

pnas.2600786123fig01.jpg

Моделирани концентрации на PFOS и PFOA в почвата при прилагането на предложената стратегия за възстановяване. Показани са прогнозните темпове, с които растенията извличат PFOS и PFOA от почвата при наличие и при липса на корекция на pH. Във всяка графика плътната линия представя прогнозния резултат при средни условия за съответния терен, а оцветената зона показва 95-процентовия доверителен интервал. (Thompson et al., PNAS, 2026)

„Събраната растителна биомаса може да бъде превърната в биовъглен и отново внесена в почвата. По този начин тя може да обездвижи останалите PFAS и да ограничи преминаването им във фуражните култури“, добавят учените.

Все още има много неизвестни за това какво точно се случва с PFAS по време на пиролизата. Скорошно изследване показва, че може да е необходима температура от поне 800 °C (1472 °F), за да бъдат концентрациите на тези вещества понижени до достатъчно ниски равнища.

Значението на въглеродния баланс

Съществено място в икономическата оценка на метода заема неговият въглероден баланс.

Високите температури, необходими за пиролизата, както и транспортирането на произведения биовъглен до други места, водят до отделянето на парникови газове. Ускореното изветряне, от друга страна, извлича въглероден диоксид от атмосферата. Затова в изчисленията си Томпсън и колегите му отчитат едновременно емисиите и количеството уловен въглерод.

При условие че методът се прилага стриктно според указанията, изследователите изчисляват, че използването му в национален мащаб в САЩ би могло да извлича от атмосферата по 10,5 милиона метрични тона въглероден диоксид годишно.

„Това е реална възможност фермерите, изправени пред подобен проблем, отново да придобият контрол върху земята си и в крайна сметка да оставят почвата в по-добро състояние, отколкото е била преди“, казва Томпсън.

Изследването е публикувано в научното списание PNAS.