Le procédé de minéralisation électrothermique offre une méthode plus écologique et plus rentable pour l’assainissement des sols

James Tour, chimiste à l’université Rice, a dirigé une équipe de recherche pour développer un processus de minéralisation électrothermique rapide (REM), qui peut en quelques secondes remédier à l’accumulation de produits chimiques synthétiques susceptibles de contaminer le sol et l’environnement. L’étude a été publiée dans Nature Communications le 20 juillet.

Les substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS), ou polluants persistants et bioaccumulables qui peuvent s’accumuler dans le sol, menacent l’environnement et la santé humaine. Les PFAS, un grand groupe de produits chimiques synthétiques résistants à la chaleur, à l’huile, à l’eau et à la graisse, sont utilisés dans des produits de consommation tels que la mousse anti-incendie, les emballages alimentaires, les tapis, les produits de nettoyage, le papier et la peinture.

Les méthodes existantes de décomposition des PFAS sont souvent inefficaces et consomment de grandes quantités d’énergie et d’eau sans éliminer ces contaminants. Le procédé REM offre cependant une solution plus efficace, efficiente et respectueuse de l’environnement.

Le procédé REM utilise des inserts électriques dans le sol et du biochar, un additif conducteur respectueux de l’environnement, pour chauffer rapidement le sol contaminé à plus de 1 000 °C en quelques secondes grâce à une impulsion de courant continu. La chaleur intense convertit les PFAS en fluorure de calcium, un minéral non toxique, en utilisant les composés de calcium naturels présents dans le sol. Cette méthode a démontré des taux d’élimination élevés (plus de 99 %) et des taux de minéralisation élevés (plus de 90 %).

« Nos recherches montrent que ce procédé électrothermique à haute température peut efficacement minéraliser les PFAS en fluorure de calcium non toxique », a déclaré Tour, professeur de chimie TT et WF Chao et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie. « Le procédé conserve les propriétés essentielles du sol et améliore sa santé en augmentant l’apport en nutriments et en favorisant l’infiltration des arthropodes. »

Cette avancée s’appuie sur des travaux antérieurs dans lesquels le chauffage électrothermique a été utilisé pour vaporiser les métaux lourds et convertir les polluants organiques du sol en matériaux graphite non toxiques. Dans l’étude actuelle, l’équipe de recherche a mélangé le sol avec du biochar et appliqué un courant pulsé, obtenant un chauffage et une minéralisation rapides. L’efficacité du procédé a été confirmée par des méthodes de test avancées, notamment la chromatographie liquide-spectrométrie de masse et la chromatographie ionique.

Le procédé REM se distingue par sa rapidité, son efficacité, son évolutivité et ses avantages environnementaux. La méthode réduit la consommation d’énergie, les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d’eau par rapport aux pratiques de dépollution existantes. Le procédé à l’échelle du laboratoire peut traiter jusqu’à 2 kilogrammes de sol par lot, ce qui constitue une étape importante vers les systèmes d’application sur site à plus grande échelle actuellement en cours de conception.

« Cette méthode offre une approche plus respectueuse de l’environnement et plus rentable pour la réhabilitation des sols », a déclaré Yi Cheng, membre de la Rice Academy et chercheur postdoctoral associé au laboratoire de Tour. « Nous sommes enthousiasmés par le potentiel de tests sur le terrain et de déploiement à plus grande échelle dans un avenir proche. »