Biochar reduces PFAS mobility in contaminated soils: a global meta- analysis

غالبًا ما تُعامل الأرض تحت أقدامنا كأنها مجرد وعاء بسيط، لكنها في الواقع مرشح (فلتر) معقد وحي يتفاعل باستمرار مع المياه التي تتدفق من خلاله. وعندما تتسرب المواد الكيميائية الضارة إلى هذه التربة، يمكنها الانتقال لأسفل، مما يؤدي إلى تلوث المياه الجوفية، أو يتم امتصاصها من قبل النباتات، لتدخل في السلسلة الغذائية. ومن بين هذه الملوثات، هناك مجموعة عنيدة بشكل خاص تُعرف باسم المواد الألكيلية والبولي فلورو ألكيل (PFAS). هذه مواد كيميائية اصطناعية استُخدمت لعقود في كل شيء، بدءًا من أواني الطهي غير اللاصقة وصولاً إلى رغوة إطفاء الحرائق، لأنها تقاوم الحرارة والماء والزيت. وهذه المقاومة ذاتها هي ما يجعل من الصعب للغاية تفكيكها في البيئة. وبمجرد وجودها في التربة، فهي لا تختفي ببساطة؛ بل يمكنها الانتقال بحرية، مما يشكل مخاطر طويلة الأمد على النظم البيئية وصحة الإنسان. وتعد عملية تنظيفها صعبة للغاية لأن الطرق التقليدية غالبًا ما تتطلب حفر الأرض أو استخدام حرارة شديدة، مما قد يدمر البنية الطبيعية للتربة وبيولوجيتها. لذا، يبحث العلماء عن طريقة أكثر لطفًا لوقف حركة هذه المواد الكيميائية، آملين في حبسها حيث ترقد بدلاً من محاولة إزالتها تمامًا.

وفي هذا البحث، برزت مادة تسمى "البيوتشار" (الفحم الحيوي) كمرشح واعد. والبيوتشار هو مادة تشبه الفحم ناتجة عن تسخين المواد النباتية في بيئة منخفضة الأكسجين. وهو مادة مسامية ومليئة بالثقوب الصغيرة، تمامًا مثل الإسفنج، مما يسمح له بالإمساك بالمواد الكيميائية والتمسك بها بقوة. وقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن خلط البيوتشار في التربة الملوثة يمكن أن يعمل كمصيدة، مما يمنع مواد الـ PFAS من الغسل بعيدًا أو الامتصاص من قبل النباتات. ومع ذلك، حتى الآن، افتقر المجتمع العلمي إلى صورة واضحة وموحدة لمدى فعالية هذه الطريقة حقًا. فقد أظهرت التجارب الفردية نتائج مختلطة، حيث سجلت بعض الدراسات نجاحًا كبيرًا بينما لم تظهر دراسات أخرى أي تغيير يُذكر. ولتجاوز هذا الارتباك، أجرى فريق من العلماء مراجعة عالمية، حيث جمعوا البيانات من عشرين دراسة منفصلة لمعرفة ما إذا كان هناك نمط ثابت عبر مختلف أنواع التربة، ومختلف أنواع البيوتشار، والملوثات الكيميائية المختلفة.

قام الباحثون بتحليل بيانات من عشرين دراسة مستقلة اختبرت البيوتشار في تربة ملوثة بمواد الـ PFAS. ونظروا في مئات القياسات المحددة التي تقارن التربة التي تحتوي على البيوتشار بالتربة التي لا تحتوي عليه. وكان هدفهم الأساسي هو تحديد ما إذا كان إضافة البيوتشار يقلل باستمرار من حركة هذه المواد الكيميائية. وكانت النتائج مشجعة: ففي جميع الحالات، نجح البيوتشار في عمله. وفي المتوسط، أدت إضافة البيوتشار إلى تقليل حركة مواد الـ PFAS بنسبة تقارب 58 بالمائة. وهذا يعني أنه في السيناريو النموذجي، كانت المواد الكيميائية أقل عرضة بكثير للانتقال عبر التربة أو التسرب إلى الماء عند وجود البيوتشار. وكان التأثير ثابتًا لدرجة أن كل دراسة تضمنتها المراجعة أظهرت فائدة، ولم تكن هناك حالات جعل فيها البيوتشار المشكلة أسوأ. وهذا يشير إلى أن البيوتشار أداة موثوقة لتثبيت هذه الملوثات في الأرض.

ومع ذلك، فإن القصة ليست ببساطة أن "البيوتشار يعمل دائمًا بشكل مثالي". فقد اكتشف الباحثون أن فعالية المعالجة تعتمد بشكل كبير على الشكل والحجم المحدد لجزيء المادة الكيميائية التي يتم حبسها. تأتي مواد الـ PFAS في أنواع عديدة، ولكنها تندرج عمومًا تحت مجموعتين بناءً على طول سلاسل الكربون الخاصة بها: السلاسل القصيرة والسلاسل الطويلة. ووجدت الدراسة قاعدة واضحة: البيوتشار أفضل بكثير في حبس النسخ ذات السلاسل الطويلة من هذه المواد الكيميائية مقارنة بالنسخ ذات السلاسل القصيرة. فمقابل كل ذرة كربون واحدة تُضاف إلى سلسلة الجزيء، تزدوت قدرة البيوتشار على التمسك به. فالمواد من نوع (الـ PFAS) ذات السلاسل الطويلة، والتي تمتلك ذرات كربون أكثر، تم تثبيت حركتها بقوة أكبر بكثير، مما أظهر انخفاضًا في الحركة أكبر بكثير من نظيراتها الأقصر. وفي المقابل، كانت الجزيئات الأقصر أكثر صعوبة في الإمساك بها، وفي بعض الحالات، لم يكن للبيوتشار تأثير يُذكر على حركتها. وهذا التمييز أمر بالغ الأهمية لأنه يخبرنا أنه بينما يعد البيوتشار أداة قوية، فإنه ليس علاجًا شاملًا لكل نوع من أنواع الـ PFAS.

كما لعب نوع التربة دورًا رئيسيًا في مدى أداء البيوتشار. ووجد الباحثون أن الكمية الطبيعية للمادة العضوية الموجودة بالفعل في التربة أثرت على النتائج. ففي التربة الغنية بالفعل بالكربون العضوي، كانت الفائدة الإضافية التي يوفرها إضافة البيوتشار أصغر. وهذا منطقي من الناحية المنطقية: فإذا كانت التربة مليئة بالفعل بـ "الإسفنج" الطبيعي الذي يمكنه الاحتفاظ بالمواد الكيميائية، فإن إضافة المزيد من الإسفنج لن يساعد بقدر ما سيساعد في التربة الفقيرة طبيعيًا في المادة العضوية. وفي تلك التربة الأقل غنى، وفر البيوتشار دفعة أكبر بكثير في قدرة الحبس. ومن المثير للاهتمام أن عوامل أخرى افترض العلماء غالبًا أنها مهمة، مثل درجة الحرارة المستخدمة لصنع البيوتشار أو النوع المحدد للمواد النباتية التي جاء منها، لم تظهر نمطًا واضحًا ومتسقًا عبر الدراسات المختلفة. فقد كانت البيانات متنوعة للغاية بحيث لا يمكن القول بأن طريقة معينة لصنع البيوتشار هي الأفضل بشكل قاطع لهذا الغرض.

وبينما أكدت الدراسة أن البيوتشار يمنع حركة مواد الـ PFAS عبر التربة، أشار الباحثون إلى أن الأدلة حول ما يحدث بعد ذلك لا تزال ضئيلة. فقد بحثوا عن بيانات حول ما إذا كانت المواد الكيميائية المحبوسة ستظل عالقة في التربة على المدى الطويل أو ما إذا كان يمكن امتصاصها من قبل النباتات. وكانت النتائج هنا مختلطة ومحدودة. ففي إحدى الحالات، نجح البيوتشار في منع النباتات من امتصاص المواد الكيميائية، ولكن في حالة أخرى، بدا وكأنه زاد من كمية المواد الكيميائية التي تمتصها النباتات. وهذا يشير إلى أنه بينما يعد البيوتشار ممتازًا في منع المواد من التدفق بعيدًا، فإنه لا يضمن تلقائيًا أنها ستكون غير ضارة تمامًا للنظام البيئي المحلي. فالمواد الكيميائية لا تزال موجودة، هي فقط محتجزة في مكانها، وسلوكها طويل الأمد يعتمد على الظروف المحددة للموقع.

في الختام، تؤكد هذه المراجعة العالمية أن البيوتشار طريقة قابلة للتطبيق وفعالة لتقليل انتشار مواد الـ PFAS في التربة الملوثة، لكنه ليس حلاً يناسب الجميع. فنجاحه يكون أكثر تأكيدًا عند التعامل مع المواد ذات السلاسل الطويلة وفي التربة غير الغنية بالمادة العضوية. وتغير هذه الدراسة التركيز من السؤال عما إذا كان البيوتشار يعمل إلى فهم متى وكيف يعمل بأفضل شكل ممكن. وبالنسبة لمديري الأراضي والعلماء، فإن الخلاصة هي أن البيوتشار يوفر طريقة لتثبيت هذه الملوثات العنيدة دون الحاجة لحفر الأرض، ولكن يجب مراعاة التفاصيل المحددة للتربة ونوع التلوث بعناية لضمان فعالية المعالجة. ومع استمرار البحث، فإن الهدف هو صقل هذه التطبيقات لكي توفر هذه المادة البسيطة المستمدة من النباتات حلاً مستدامًا وآمنًا لأكثر التحدات البيئية استمرارًا التي نواجهها.