يستكشف العلماء بدائل أكثر أماناً ”للمواد الكيميائية الأبدية“ الضارة

في خطوة كبيرة نحو تقليل التلوث البيئي والمخاطر الصحية، يعمل الباحثون بنشاط على تطوير بدائل للمواد ”الكيميائية الأبدية“ السامة والمستمرة المعروفة علمياً باسم PFAS (المواد البيرفلوروألكيلية والبوليفلوروألكيلية). هذه المركبات الاصطناعية، الموجودة في كل شيء من رغوة مكافحة الحرائق وأواني الطهي غير اللاصقة إلى المنسوجات المقاومة للماء، تخضع للتدقيق بسبب متانتها وضررها المحتمل على صحة الإنسان والنظام البيئي.

تحدد مراجعة نُشرت مؤخراً في مجلة علوم الغرويات والسطوح البينية (طبعة 15 يوليو) أكثر من عقد من البحث المشترك بين المختبرات الذي يهدف إلى تحديد مواد خالية من الفلورين يمكنها محاكاة خصائص السطح الفريدة للمواد PFAS، وخاصة قدرتها على صد الماء والزيت. في حين لم يتطابق أي بديل حتى الآن مع PFAS في جميع مجالات الأداء، تظهر مرشحات واعدة للاستخدام في التطبيقات المقاومة للماء.

لماذا تعتبر مواد PFAS إشكالية

تُعرف مواد PFAS باستقرارها الكيميائي بسبب الروابط القوية للغاية بين الكربون والفلور التي تشكل العمود الفقري لبنيتها الجزيئية. هذه المتانة تجعلها فعالة للغاية في مقاومة الحرارة والزيت والماء، ولكنها تعني أيضاً أنها لا تتحلل في البيئة. مع مرور الوقت، تتراكم مواد PFAS في التربة والماء والحياة البرية وأنسجة الإنسان، مما يثير مخاوف خطيرة على الصحة العامة. ربطت الدراسات العلمية التعرض طويل المدى لمواد PFAS بحالات مثل ارتفاع الكوليسترول، وكبت جهاز المناعة، وبعض أنواع السرطان.

يحذر الدكتور جوليان إيستو، خبير كيمياء السطح في جامعة بريستول، من أن تراكم مواد PFAS يشكل تهديداً بيئياً طويل المدى. ”هذا أحد التحديات الكيميائية الرئيسية في عصرنا“ كما يقول. استجابةً لذلك، يقود فريقه الجهود لتصميم خوافض توتر سطحي غير مفلورة تحاكي الأداء المطلوب لمواد PFAS دون نفس الاستمرارية.

تقدم واعد في خوافض التوتر السطحي الخالية من الفلورين

خوافض التوتر السطحي هي مركبات تقلل من التوتر السطحي للسوائل، وهي خاصية تجعل مواد PFAS فعالة جداً في الرغوات المستخدمة لمكافحة حرائق الوقود. تعتمد البدائل الجديدة الخالية من الفلورين التي طورها فريق إيستو على جزيئات مكونة من الكربون والسيليكون مرتبة في هياكل متفرعة تشبه الأشجار. تسمح هذه الهياكل للجزيئات بالتعبئة بإحكام على سطح قطرات الماء، مما يقلل بشكل كبير من التوتر السطحي.

أظهرت الاختبارات أن بعض هذه البدائل يمكن أن تقلل من التوتر السطحي للماء بفعالية تقارب خوافض التوتر السطحي التقليدية القائمة على PFAS. استخدم الباحثون تقنيات دقيقة، مثل قياس القوة المطلوبة لسحب لوح معدني من المحلول، لتحديد أداء هذه المركبات الجديدة.

تحدي صد الزيت لا يزال قائماً

بينما يتم إحراز تقدم في تطبيقات صد الماء، يظل تطوير بدائل PFAS التي يمكنها مقاومة الزيت أكثر صعوبة. يميل الزيت إلى الانتشار بسهولة على الأسطح، وتكرار أداء PFAS المقاوم للزيت يتطلب طاقة سطحية منخفضة للغاية، وهو إنجاز لم يتحقق بعد بدون الفلورين. وفقاً للدكتور كيفن غولوفين، مهندس ميكانيكي في جامعة تورونتو، ”استبدال مواد PFAS في الطلاءات المقاومة للزيت لا يزال عقبة علمية كبيرة“.

نحو مستقبل خالٍ من PFAS

على الرغم من هذه التحديات، يظل مجتمع البحث متفائلاً. يعتقد علماء مثل الدكتور مارتن شيرينغر من ETH زيورخ أن إظهار بدائل قابلة للتطبيق أمر حاسم لتحويل اعتماد الصناعة بعيداً عن PFAS. ”نحتاج إلى كيميائيين وعلماء مواد على استعداد للتحرر من نموذج PFAS“ كما يقول.

مع تسارع الابتكار، قد تمكّن هذه المجموعة المتنامية من الأعمال التخلص التدريجي من PFAS في صناعات معينة، مما يوفر حلولاً أكثر أماناً واستدامة تتماشى مع الأهداف البيئية العالمية.