薬品なしでPFASを分解強い紫外線と水だけで起きる反応の正体

フライパンのコーティングや防水スプレーでおなじみのPFAS——「永遠の化学物質」と呼ばれるほど分解されにくい物質を、薬品をいっさい加えずに、水と強い紫外線だけで壊せることが実験で示された。デンマークのオーフス大学の研究チームによる成果で、環境分野の主要な学術誌 Environmental Science & Technology に2026年4月付で掲載されている。査読は通っている。

必要なのは、PFASが溶けた水の入った容器と、強い紫外線を出す特殊なランプ。原理の上ではそれだけだ。しかもこの研究の見どころは「分解できた」という結果そのものより、なぜ分解できたのかを突き止めたところにある。その答えは、研究者たちの長年の想定とは違うものだった。

「永遠」と呼ばれる理由

PFAS（ピーファス／有機フッ素化合物）は、炭素とフッ素が結びついた構造を持つ人工の化学物質の総称だ。1940年代に登場して以来、熱にも水にも油にも強い性質が重宝され、調理器具のコーティング、防水衣料、食品包装、泡消火剤など、暮らしのあちこちに入り込んできた。

その丈夫さの正体が、炭素とフッ素の結合にある。この結合は有機化学の中でもとりわけ強く、自然界ではほとんど切れない。だから一度環境に出ると、水や土、生き物の体の中に何十年も残りつづける。「フォーエバーケミカル（永遠の化学物質）」という呼び名はここから来ている。

やっかいなのは、いま使われているPFAS対策の多くが「壊す」技術ではないことだ。活性炭やフィルターで水からこし取る方法は広く使われているが、これはPFASを水から別の場所へ移しただけで、集めたあとの処分という問題が残る。分解に成功した例も報告されてはいるが、実験室でしか作れないような強力な紫外線に加えて、強い薬品や特殊な条件が必要になることが多く、しかも「なぜ壊れるのか」という肝心の仕組みは、よく分かっていなかった。

波長300ナノメートルの境界線

オーフス大学のチームは、まずこの「どんな光なら壊せるのか」を確かめるところから始めた。PFASを溶かした水に、キセノンガスの放電で作った幅広い波長の光（200〜1000ナノメートル）を当て、波長や光の強さを変えながら、何が起きるかを追いかけたのだ。光の強さは、太陽光の同じ波長域と比べて最大15倍まで上げられる装置を使っている。

結果ははっきりしていた。効いたのは、波長300ナノメートルより短い紫外線だけ。これは太陽の紫外線の中でもっともエネルギーの高い領域で、地表にはほとんど届かない。大気が吸収してしまうからだ。つまり、外で日なたに置いておけばPFASが消える、という話ではない。

ここで、分解の「証拠」として研究チームが注目したのが、水中に出てくるフッ化物イオン——PFASの分子から引きはがされた、遊離のフッ素だ。実はPFASの分解には落とし穴がある。元の分子が検出されなくなっても、フッ素を抱えたまま別のPFASもどきに姿を変えただけ、ということがありうるのだ。それでは分解したことにならない。分子が消えることと、フッ素が外れること（脱フッ素）は別もので、本当のゴールは後者になる。

300ナノメートル未満の光を当てたときだけ、水中のフッ化物イオンがはっきり増えた。あの切れないはずの炭素とフッ素の結合が、実際に切れていた証拠だ。数字で見ると、GenXと呼ばれるPFAS（PFOAの代替として使われてきた比較的新しいタイプ）は、5時間の照射で最大49.1%が分解され、分子が抱えていたフッ素の21.2%が引きはがされた。古くから問題になってきたPFOAは、12時間かけると86%が分解された一方、外れたフッ素は25.5%にとどまる。分子は消えやすくても、フッ素はしぶとく残る——先ほどの落とし穴が、そのまま数字に表れている。

水から生まれる攻撃役

では、何がその結合を切っていたのか。

長年の定説では、主役は「水和電子」だと考えられてきた。強い紫外線が水や添加した薬品から電子をたたき出し、その電子が水分子に包まれて反応性の高い状態になり、PFASを攻撃する——という筋書きだ。これまでのPFAS分解研究の多くは、この水和電子を効率よく作るために薬品を加えたり、水を強いアルカリ性にしたりしてきた。

ところが今回のチームが調べてみると、話が違った。

チームは、特定の反応性物質だけを先回りして捕まえる「ブロッカー」を実験に混ぜ、どれを封じたときに分解が止まるかを一つずつ確かめた。あわせて、電子スピン共鳴という手法や、1兆分の1秒を切る時間スケールで反応を追える特殊な分光装置で、光を当てた直後の水の中に何が生まれているかを直接測り、コンピューターによる化学シミュレーションとも突き合わせた。

浮かび上がった主役は、水和電子ではなく水素ラジカル——対になる電子を持たない、極端に寿命の短い水素だった。短い波長の紫外線を受けると、水分子そのものがこの水素ラジカルを生み出す。そして生まれた水素ラジカルが、PFASのフッ素をつかんで引きはがしていた。

つまり、紫外線はPFASを直接壊していたわけではない。壊していたのは、水だった。条件さえ整えば、水はただの溶媒ではなく、自分から攻撃を仕掛ける側に回る。薬品を足す必要も、水をアルカリ性にする必要もなかったのは、攻撃役の材料が最初から容器の中にあったからだ。

この結果は、酸性から中性の、ごくふつうのpHの水で確認されている。分解のお膳立てとして特別な水質を用意しなくていい、という点も、これまでの手法との大きな違いになる。

実用化までの距離

攻撃役の正体が分かったことの意味は大きい。何が反応を駆動しているのかが分かれば、その攻撃役を増やす方向に装置や条件を設計できるからだ。研究チームを率いるZongsu Wei准教授も、PFASを「移す」のではなく「壊す」技術の設計に、明確な方向性が得られたと述べている。

ただし、これはあくまで管理された実験室での基礎研究だ。実際の水に適用するまでには、いくつもの壁がある。

まず速度。今回の条件でも分解には数時間から半日かかっており、決して速い処理ではない。分解の途中でできる中間生成物も、それ自体を最後まで壊しきる必要がある。そして本物の地下水や排水は、実験に使う水ほどきれいではない。チームの初期検討では、水にごくふつうに含まれる硝酸イオンが、光をさえぎる日よけのように働きつつ、せっかく生まれた水素ラジカルをPFASより先に捕まえてしまうことが分かっている。PFASの種類によって壊れやすさが大きく違うことも確認された。

波長の問題もある。有効な300ナノメートル未満の紫外線は地表の太陽光にはほとんど含まれないので、この反応を起こすには専用のランプを備えた閉じた反応装置が要る。チームは次の段階として、実際の地下水や排水での検証と、処理施設向けの装置設計を挙げている。

「永遠の化学物質」という呼び名が消える日は、まだ遠い。それでも、鉄壁に見えた相手の壊し方が、仕組みのレベルで一つ分かった。しかもその武器は、どこの水にも最初から入っている。地道な話ではあるけれど、この分野の研究が積み上げてきた一歩としては、かなり大きい一歩だと思う。