“永遠の化学物質”を破壊する方法 – 科学者たちはPFASを除去する方法を発見しているが、この拡大する世界的な健康問題はすぐにはなくならない

本記事はThe Conversationに掲載された記事「How to destroy a ‘forever chemical’ – scientists are discovering ways to eliminate PFAS, but this growing global health problem isn’t going away soon」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者であるA. Daniel Jones教授の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。

The Conversation

PFASは、当初は良いアイデアだと思われていた。1940年代には、テフロンが鍋の洗浄を容易にし、ジャケットの防水性やカーペットの防汚性を向上させた。また、ジャケットの防水性やカーペットの防汚性も向上させた。食品の包装紙、消火用泡、化粧品でさえも、パーフルオロアルキルやポリフルオロアルキル物質でより良くなるように思えた。

そして、検査によって人々の血液からPFASが検出されるようになった。

現在、PFASは世界中の土壌、粉塵、飲料水に広く浸透している。甲状腺疾患、肝臓障害、腎臓がん、精巣がんを含む健康問題との関連が指摘されている。現在、PFASは9,000種類以上あると言われている。PFASは、その有用性と同時に自然界で分解されない性質から、しばしば「永遠の化学物質」とも呼ばれる。

科学者たちは、これらの合成化学物質を捕捉して破壊する方法を研究しているが、それは簡単なことではない。

2022年8月18日に『Science』誌に掲載された最新のブレークスルーは、PFASの一種を、石鹸に使われる安価な化合物の水酸化ナトリウム(灰汁)を使って、ほとんど無害な成分に分解できることを示したものである。これは、この膨大な問題を直ちに解決するものではないが、新たな知見を提供するものである。

生化学者のA. Daniel Jonesと土壌科学者のHui Liは、ミシガン州立大学でPFASの解決に取り組んでおり、現在試験中の有望なPFAS破壊技術について説明している。

PFASはどのようにして身近な製品から水、土壌、そして最終的には人間に届くのだろうか?

PFASが人体に取り込まれる経路は、飲料水と食品の摂取という2つの主要な経路があります。

PFASは、バイオソリッド(廃水処理の汚泥)の陸上散布によって土壌に入り、埋立地から浸出する可能性がある。汚染されたバイオソリッドが肥料として農地に撒かれると、PFASが水や作物、野菜に入り込む可能性がある。

例えば、家畜は食べた作物や飲んだ水を通してPFASを摂取する可能性がある。ミシガン州、メイン州、ニューメキシコ州では、肉牛と乳牛のPFAS濃度が上昇した事例が報告されている。人間に対する潜在的なリスクがどの程度あるのかは、まだほとんど分かっていない。

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ミシガン州立大学の私たちのグループの科学者は、植物がPFASを取り込むのを防ぐために土壌に添加する材料を研究しているが、土壌にPFASを残してしまうことになる。

問題は、これらの化学物質が至る所に存在し、水や土の中でそれらを分解する自然なプロセスが存在しないことだ。化粧品、デンタルフロス、ギターの弦、スキーワックスなど、多くの消費者向け製品にPFASが含まれているのだ。

現在、浄化プロジェクトではどのようにPFAS汚染を除去しているのか?

PFASを水からろ過する方法がある。例えば、化学物質は活性炭に付着する。しかし、こうした方法は大規模なプロジェクトでは費用がかさみ、最終的に化学物質を除去しなければならないことに変わりはない。

例えば、カリフォルニア州サクラメントにある旧軍事基地の近くには、巨大な活性炭タンクがあり、1分間に約1,500ガロンの汚染された地下水を取り込んでろ過し、地下に汲み上げるようになっている。この浄化プロジェクトには300万ドル以上の費用がかかったが、PFASが地域住民が使う飲料水に流れ込むのを防ぐことができた。

ろ過は1つのステップにすぎない。PFASを捕捉した後は、PFASを含んだ活性炭を廃棄しなければならないが、PFASはまだ移動している。汚染されたものを埋立地などに埋めれば、いずれPFASは溶出する。そのため、それを破壊する方法を見つけることが不可欠なのだ。

PFASを分解する方法として、科学者が見つけた最も有望な方法は何だろうか?

PFASを破壊する方法として最も一般的なのは焼却だが、PFASの多くは焼却に著しく耐性がある。そのため、消火用泡の中に入っているのだ。

PFASは炭素原子に複数のフッ素原子が結合しており、炭素とフッ素の結合は最も強いものの1つだ。通常、何かを燃やすにはその結合を切断しなければならないが、フッ素は炭素から切断されにくい性質を持っている。ほとんどのPFASは、摂氏1,500度(華氏2,730度)前後の焼却温度で完全に分解されるが、エネルギーを必要とし、適切な焼却炉も少ないのが現状である。

このほかにも有望な実験的技術がいくつかあるが、大量の化学物質を処理するための規模には至っていない。

Battelle社のグループは、PFASを破壊するための超臨界水酸化法を開発した。高温高圧で水の状態を変化させ、有害物質を破壊できるように化学反応を促進させる。しかし、スケールアップにはまだ課題が残っている。

また、水、電気、アルゴンガスを使ってPFASを分解するプラズマリアクターに取り組んでいる企業もある。この装置は高速だが、規模を拡大するのは容易ではない。

ノースウェスタン大学の科学者が率いるこの新しい論文に記載された方法は、PFASを分解する方法について彼らが学んだことを考えると、有望である。しかし、これらの発見は、今後どのような方法が有効であるかということを発見するための指針となるのだろうか。

今後、どのようなことが起こるだろうか?

人間のPFASへの暴露が主にどこから来るのか、私たちが何を学ぶかによって、多くのことが決まる。

もし、曝露の大部分が飲料水からであれば、可能性のある方法がもっとある。電気化学的な方法で最終的に家庭レベルで破壊できる可能性はあるが、塩化物のような一般的な物質がより毒性の高い副産物に変わるなど、まだ解明されていない潜在的なリスクもある。

浄化の大きな課題は、他のガスを放出したり、有害な化学物質を作り出したりして、問題を悪化させないようにすることだ。人類には、問題を解決しようとして事態を悪化させてきた長い歴史があった。冷蔵庫はその好例だ。フロンガスであるフロンは、有毒で可燃性のアンモニアに代わる冷蔵庫の解決策だったが、その後成層圏のオゾン層破壊を引き起こしてしまった。その後、ハイドロフルオロカーボンに置き換えられ、現在では気候変動の一因となっている。

このように、私たちは製品のライフサイクル全体を通して考える必要があるのだ。私たちが本当に必要とする化学物質の寿命はどれくらいなのだろうか。

著者紹介
prof a dan jones

Prof. A. Daniel Jones

Professor of Biochemistry, Michigan State University

経歴

  • 2005年~現在ミシガン州立大学、生化学および分子生物学の教授
  • 1998–2005ペンシルバニア州立大学上級科学者兼研究教授
  • 1984–1998カリフォルニア大学デービス校高度計測施設長
  • 1984–1984ハービー・マッド・カレッジ 客員助教

米国科学振興協会、フェロー 

北米メタボロミクス協会 アメリカ科学振興協会 会員

Webサイト : https://bmb.natsci.msu.edu/faculty/a-daniel-jones/

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