تحويل ملوثات PFAS إلى فلوريد آمن بتقنية ضوء الشمس؛ تحول نوعي في معالجة المياه والأمن المائي
نجح باحثون في جامعة أديلايد (University of Adelaide) في تطوير مادة يتم تنشيطها بواسطة ضوء الشمس، قادرة على تفكيك مواد البيرفلوروالكيل والبولي فلوروالكيل (PFAS) الموجودة في المياه وتحويل هذه الملوثات إلى مكونات غير ضارة، بما في ذلك الفلوريد. هذا الإنجاز العلمي الذي نُشرت تفاصيله في المجلة المرموقة Small، يعد بمستقبل واعد لإدارة موارد المياه ومواجهة تحديات التلوث الحديثة. يقدم هذا الاكتشاف الكبير حلاً منخفض الطاقة ومبشراً لإصلاح تلوث PFAS، مع إمكانات عالية للتطبيق في معالجة المياه وتنظيف البيئة. وفيما يلي، نستعرض تفاصيل هذا الخبر الذي أعده فريق مرکز رؤى المياه.
النقاط الرئيسية
- تطوير محفز ضوئي جديد من قبل باحثي جامعة أديلايد لتفكيك PFAS.
- استخدام ضوء الشمس كـمصدر طاقة رخيص ومتاح.
- الكسر الكامل لروابط الكربون-فلور وتحويل الملوثات السامة إلى فلوريد آمن.
- إمكانية استخدام الفلوريد الناتج في المنتجات الصحية والصناعية.
- الأهمية الحيوية لهذه التقنية لـالأمن المائي والصحة العامة نظراً لمخاطر PFAS المسرطنة.
آلية تفكيك “المواد الكيميائية الأبدية” وأهميتها في تكنولوجيا المياه
لا يزال التلوث الناتج عن مواد PFAS يمثل خطراً جسيماً على الصحة العالمية. ويعتقد الدكتور كاميرون شيرر (Dr. Cameron Shearer)، الباحث الرئيسي في هذا المشروع من جامعة أديلايد، أن هذا البحث خطوة حيوية نحو مجتمعات أكثر أماناً وأنظمة بيئية أنظف. يمثل هذا الاكتشاف حلاً منخفض الطاقة لمعالجة تلوث PFAS مع تطبيقات محتملة في معالجة المياه والتطهير البيئي، مما قد يجذب اهتمام أي متخصص في قطاع المياه. يتم تفكيك العديد من ملوثات المياه عن طريق إضافة مادة كيميائية تفاعلية ترتبط بالكربون. ومع ذلك، في جزيئات PFAS، تكون ذرات الكربون محمية بطريقة تجعل هذه العملية شبه مستحيلة.
«يتم تفكيك العديد من ملوثات المياه بإضافة مواد كيميائية تفاعلية، ولكن في جزيئات PFAS، تكون ذرات الكربون محمية بشكل يجعل هذه العملية مستحيلة تقريباً. قام فريقنا بتغيير الظروف وتحسين المحفز لاستهداف ذرات الفلور الحامية لـ PFAS، مما أدى إلى التفكك الكامل لهذه المواد الكيميائية الأبدية.»
هذا النهج المبتكر في تكنولوجيا المياه، من خلال استهداف البنية الذرية الواقية، أزال العقبة الرئيسية أمام معالجة هذه المواد. يمكن أن تكون هذه التقنية مكملاً مناسباً للطرق المتقدمة الأخرى مثل الحلول النانوية الحديثة في معالجة المياه. ومن المثير للاهتمام أن الفلوريد المنتج في هذه العملية يمكن فصله واستخدامه في المنتجات الصحية مثل معجون الأسنان أو كإضافات في الأسمدة، مما يشير إلى دورة إعادة تدوير فعالة في عملية المعالجة.
مخاطر PFAS وضرورة حوكمة المياه في مواجهتها
مواد PFAS هي مجموعة من المواد الكيميائية الاصطناعية المستخدمة في الأواني غير اللاصقة، ورغوة مكافحة الحرائق، والأقمشة المقاومة للماء. هذه المواد مقاومة جداً للتحلل بسبب روابط الكربون-فلور القوية جداً، ولهذا السبب تتراكم في البيئة وجسم الإنسان؛ وهي السمة التي جعلتها تُلقب بـ “المواد الكيميائية الأبدية” (Forever Chemicals). لفهم أعمق لأبعاد هذه الأزمة، نوصي بقراءة تقرير PFAS: التهديد الصامت في إدارة موارد المياه والحلول التكنولوجية على موقع مركز رؤى المياه.
تُظهر البيانات الأخيرة أن أكثر من 85% من الأستراليين لديهم مستويات قابلة للكشف من PFAS في دمائهم، وقد خفضت الإرشادات الجديدة لمياه الشرب الحدود الآمنة لبعض مواد PFAS الكيميائية إلى نانوغرامات قليلة لكل لتر. تسلط هذه الإحصائيات الصادمة الضوء على أهمية أزمة المياه من المنظور النوعي وضرورة الاهتمام الخاص من الهيئات الرقابية بالمعايير الحديثة لجودة المياه. وفي الواقع، تعد مواجهة هذه المركبات جزءاً من المعركة العالمية ضد الملوثات الناشئة: التحدي الجديد لإدارة موارد المياه.
«المواد التي طورناها من خلال أبحاثنا يمكن استخدامها كجزء من سلاسل معالجة PFAS؛ السلاسل التي تمتص وتكثف PFAS في الماء أولاً، ثم يتم تدميرها من خلال التعرض لموادنا التي يتم تنشيطها بالضوء.»
آفاق المستقبل والتوسع القابل للتطوير
يوضح الدكتور شيرر بخصوص مستقبل هذه التقنية أن التخطيط لتوسيع هذه الدراسة جارٍ من خلال العمل المستمر على تحسين استقرار المواد قبل نشرها في أنظمة واسعة النطاق. يقود هذا المشروع زميله في جامعة أديلايد، محمود غريب (Mahmoud Gharib). وتعكس هذه التعاونات أهمية تقارب التخصصات في الجامعات الرائدة لحل المعضلات العالمية. إن تطوير أنظمة واسعة النطاق لمعالجة المياه الملوثة بـ PFAS يمكن أن يحدث تحولاً هائلاً في وضع المياه العالمي ويحدد معايير جديدة للصحة العامة.
تحليل اختصاصي من فريق مركز رؤى المياه – Water Insight Hub
إن خبر تطوير تقنية تفكيك PFAS باستخدام ضوء الشمس يمثل، أبعد من كونه إنجازاً مخبرياً، تحولاً في نموذج تكنولوجيا المياه. فحتى الآن، كانت الأساليب السائدة في معالجة المياه (مثل التناضح العكسي أو الامتزاز) تركز فقط على الفصل الفيزيائي للملوثات؛ مما يعني بقاء الملوث في حالة مركزة مما يحوله إلى مشكلة بيئية ثانوية. التقنية الجديدة ترفع مفهوم الأمن المائي من خلال تدمير الملوث تماماً وتحويله إلى معادن غير ضارة.
الاستفادة من الإمكانات الشمسية في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا (MENA):
تعد تكاليف الطاقة العالية (OPEX) من العوائق الرئيسية أمام تبني تقنيات المعالجة المتقدمة في الدول العربية. وبما أن منطقة “منا” تمتلك أعلى معدلات للإشعاع الشمسي في العالم، فإن استخدام ضوء الشمس كمصدر للطاقة في هذه التقنية يعد ميزة استراتيجية. يرى مرکز رؤى المياه أن توطين هذه التقنيات في دول مثل المملكة العربية السعودية والإمارات ومصر يمكن أن يقلل الضغط الاقتصادي لمعالجة مياه الصرف الصناعي ويدفع الصناعات نحو إعادة تدوير حقيقية للمياه في ظل ندرة المياه الشديدة في المنطقة.
حوكمة المياه والمعايير النوعية في المنطقة العربية:
مع تشديد المعايير العالمية وجودة المياه، تواجه محطات المعالجة التقليدية في المدن العربية الكبرى تحدياً في إزالة الملوثات الدقيقة. إن تبني هذه الابتكارات من قبل متخصصي قطاع المياه في المنطقة العربية ضروري لضمان سلامة إمدادات مياه الشرب والري. رصد هذه التقنيات والتخطيط لمشاريع تجريبية (Pilots) يمكن
تُعدّ مواد البير- والبولي فلورو ألكيل (PFAS) مركّبات كيميائية اصطناعية تُستخدم في العديد من المنتجات الصناعية والاستهلاكية مثل أواني الطهي غير اللاصقة. وبسبب الرابطة القوية جدًا بين ذرات الكربون والفلور في بنيتها، فإن هذه المواد لا تتحلل في الطبيعة ولا في أجسام الكائنات الحية، بل تتراكم بمرور الوقت، ولذلك أُطلق عليها وصف «الأبدية».
تعتمد هذه التكنولوجيا على استخدام محفّز (مادة تُسرّع التفاعل الكيميائي) يتم تنشيطه بواسطة ضوء الشمس. يوفّر هذا المحفّز ظروفًا تؤدي إلى كسر الروابط المحمية لذرات الفلور داخل جزيئات PFAS. ونتيجة لذلك، يتم تدمير البنية الجزيئية لهذه المواد وتحويلها إلى مكوّنات غير ضارة مثل الفلوريد.
لا، فبحسب الباحثين، فإن الفلوريد الناتج عن هذه العملية غير ضار، بل يمكن فصله واستخدامه في منتجات مفيدة مثل معجون الأسنان (لدعم صحة الأسنان) أو كمادة مضافة في الأسمدة الزراعية.
الطرق الحالية مثل الترشيح بالكربون النشط تقوم عادةً بفصل ملوّثات PFAS من الماء وتخزينها داخل الفلاتر، لكنها لا تقضي عليها نهائيًا، كما أن الفلاتر الملوّثة نفسها تتحول إلى نفايات خطرة. أمّا هذه التكنولوجيا الجديدة، فهي تقوم بتفكيك الملوّثات وتدميرها بالكامل، وهو ما يُعدّ ميزة كبيرة في إدارة موارد المياه.
ليس بعد. فعلى الرغم من أن النتائج المخبرية كانت ناجحة جدًا، لا يزال الفريق البحثي يعمل على تحسين استقرار المواد وتطوير أنظمة قابلة للاستخدام على نطاق صناعي واسع. ويجري العمل على هذه المرحلة حاليًا بقيادة محمود غريب في جامعة أديلايد.
