PFAS: propiedades, riesgos e impacto medioambiental

Teniendo en cuenta los posibles efectos negativos de las sustancias liberadas PFAS (véase el recuadro informativo), en los últimos años se han introducido numerosos valores límite, de referencia y orientativos, por ejemplo, para el agua potable. Con una base de datos cada vez más amplia y una mejor comprensión de los efectos sobre la salud, cabe esperar que en el futuro se endurezcan aún más los requisitos normativos.

Los investigadores ya han identificado diversas aplicaciones industriales como fuentes relevantes de PFAS. Entre ellas se encuentran, entre otras, determinadas plantas de producción de la industria química, así como las espumas extintoras que contienen flúor, que se utilizaban especialmente en los aeropuertos. Si bien ya se han establecido y se siguen desarrollando estudios y medidas correctivas para estas fuentes, hasta la fecha se dispone de muy pocos datos sobre la posible liberación de PFAS procedentes de aplicaciones relacionadas con la tecnología del hidrógeno. Por lo tanto, ante la fuerte expansión prevista de los electrolizadores PEM y los sistemas de pilas de combustible, surge cada vez con más frecuencia la pregunta de si estas tecnologías también generan emisiones potenciales de PFAS y en qué medida podrían ser necesarias medidas técnicas o normativas.

Primeras investigaciones sobre vehículos de pila de combustible

Para realizar una primera evaluación indicativa de esta cuestión, un equipo del Centro de Tecnología de Pilas de Combustible (ZBT) y del Instituto de Investigación del Agua (IWW) ha analizado en un estudio la emisión de PFAS de diversos vehículos de pila de combustible (vehículos eléctricos de pila de combustible, FCEV) [3]. Para ello, se tomaron muestras de dos turismos y un vehículo comercial y se analizaron en busca de compuestos seleccionados del grupo de los PFAS, utilizando cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS) según la norma DIN EN 17892:2024-08.

Los análisis revelaron resultados positivos en todos los vehículos analizados, habiéndose identificado en total cinco PFAS diferentes. Llamó especialmente la atención la diferencia de concentración entre los turismos y los vehículos industriales, lo que probablemente se deba al diferente tamaño y diseño de la chimenea. Los compuestos detectados eran, con una excepción, ácidos carboxílicos perfluorados. Su formación parece, en principio, plausible a la luz de los procesos de degradación de membranas por radicales que se están debatiendo actualmente.

En general, las concentraciones medidas se situaron en un nivel bajo. Para contextualizar los resultados, resulta útil consultar la guía para la evaluación de los PFAS basada en los umbrales de insignificancia (GFS) y los valores orientativos para la salud (GOW), facilitada por el Ministerio Federal de Medio Ambiente, Protección del Clima, Conservación de la Naturaleza y Seguridad Nuclear (BMUKN). Según esta, actualmente no hay indicios de un cambio perjudicial en la calidad del agua.Sin embargo, la normativa vigente no abarca todos los PFAS que se detectan. Por lo tanto, con la introducción de nuevos valores límite y la ampliación de las posibilidades analíticas, las evaluaciones futuras podrían variar.

Los estudios preliminares revelaron que aún quedan numerosas cuestiones científicas sin aclarar. ¿Qué influencia tienen las diferentes condiciones de funcionamiento en la formación de PFAS? ¿Se generan otros PFAS fuera de los análisis estándar establecidos? ¿Pueden los PFAS aparecer también en fase gaseosa y liberarse a través de las corrientes de aire de salida? ¿Los compuestos detectados proceden realmente de las membranas o de otros componentes que contienen flúor? ¿En qué medida pueden extrapolarse los resultados obtenidos en pilas de combustible a los electrolizadores PEM?

El proyecto de investigación «Parzell»

Para responder a estas preguntas, se puso en marcha el proyecto colaborativo «Análisis cualitativo y cuantitativo de PFAS en condiciones reales de funcionamiento de la electrólisis PEM y las pilas de combustible: relevancia medioambiental y derivación de medidas», conocido como «Parzell». El proyecto (01LF24640N) cuenta con la financiación del Ministerio Federal de Economía y Energía en el marco del programa de ayudas a la investigación industrial conjunta (IGF) y aúna la experiencia del Centro de Tecnología de Pilas de Combustible (ZBT), del Instituto de Medio Ambiente y Energía, Tecnología y Análisis (IUTA) y del Instituto de Investigación del Agua (IWW). Un comité formado por 16 socios industriales, entre otros de los ámbitos de la tecnología de análisis y medición, la tecnología medioambiental y la fabricación de componentes y filtros, acompaña el proyecto. Este proyecto investiga las pilas de combustible y de electrólisis de membrana polimérica (PEM) en condiciones de funcionamiento realistas a escala de laboratorio. Para ello, los investigadores adaptan los bancos de pruebas correspondientes específicamente a los exigentes ensayos, con el fin de detectar posibles emisiones de PFAS tanto en fase acuosa como en fase gaseosa.

Se presta especial atención a la identificación y cuantificación lo más exhaustivas posible de los PFAS. Para ello, se amplían los métodos de análisis existentes y se desarrollan nuevos procedimientos. Además de las sustancias objetivo clásicas, se pretende identificar, sobre todo, los PFAS basándose en los posibles mecanismos de degradación.

Para la preparación y el enriquecimiento de las muestras se utilizan y optimizan nuevos métodos para las fases acuosa y gaseosa. El objetivo es poder detectar incluso concentraciones muy bajas. Paralelamente, se investigan las posibles pérdidas por adsorción en los componentes periféricos, con el fin de garantizar la máxima calidad de los datos. Para el análisis químico se emplean numerosas técnicas de vanguardia (GC-MS/MS, LC-HRMS, LC-MS/MS, AOF). Estos métodos permiten tanto la cuantificación específica de compuestos conocidos como la identificación de estructuras de PFAS hasta ahora desconocidas. Además, se someten diversos materiales de membrana a experimentos específicos de degradación.

Por último, los participantes en el proyecto pretenden desarrollar, a partir de los datos experimentales, un modelo matemático que permita realizar una primera previsión de las emisiones potenciales en diferentes condiciones de funcionamiento e identificar los estados de funcionamiento con emisiones mínimas. Los resultados se utilizarán para evaluar posibles medidas técnicas de reducción de emisiones(por ejemplo, adsorción, descomposición electroquímica, estrategias de funcionamiento adaptadas u optimización de las MEA).