Met veel door de mens gemaakte chemicaliën worden problemen met betrekking tot de volksgezondheid en het milieu pas jaren na hun wijdverbreide gebruik duidelijk. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam en de Universiteit Utrecht stelt nu een manier voor om daar verandering in te brengen. In een artikel in het tijdschrift Chemosphere ze presenteren een methode voor het (her)ontwerpen van veilige en duurzame chemicaliën. Hun paper maakt deel uit van een themanummer over gevaarlijke stoffen in de circulaire economie, dat in juni verschijnt.

In de moderne samenleving zijn door de mens gemaakte chemicaliën bijna overal. Je vindt ze in voedsel, kleding, speelgoed, cosmetica, medicijnen en nog veel meer aspecten van het dagelijks leven. Hoewel ontwikkeld voor allerlei nuttige functies, kunnen deze chemicaliën tegelijkertijd gevaarlijke eigenschappen bezitten die risico's opleveren voor de volksgezondheid en het milieu. In veel gevallen worden deze pas lang na wijdverbreid gebruik zichtbaar. De resulterende milieuvervuiling wordt gezien als een wereldwijde bedreiging en wordt vermeld als een van de belangrijkste oorzaken van het verlies aan biodiversiteit.

"Het probleem met nieuwe chemicaliën is dat hun instroom op de markt veel sneller is dan de snelheid waarmee gevarenbeoordelingen kunnen worden uitgevoerd", zegt Joanke van Dijk, een Ph.D. kandidaat bij het Copernicus Instituut voor Duurzame Ontwikkeling van de Universiteit Utrecht. In haar onderzoek wil ze inzicht krijgen in de toekomstige risico's van chemicaliën, waarvoor ze samenwerkt met Ph.D. kandidaten Hannah Flerlage en Steven Beijer en Dr. Chris Slootweg aan het Van 't Hoff Instituut voor Moleculaire Wetenschappen van de Universiteit van Amsterdam (UvA). Onder begeleiding van prof.dr. Annemarie van Wezel van het UvA Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics onderzoekt Van Dijk ook mogelijke mitigatiemogelijkheden om chemische verontreiniging van oppervlaktewater te voorkomen.

Verder kijken dan de functie van een chemische stof

Volgens Van Dijk is er voor veel chemicaliën geen adequate informatie over milieugevaren zoals persistentie en langetermijneffecten. Als gevolg hiervan worden problemen vaak ontdekt lang nadat een chemische stof op de markt is toegelaten. "Om dit aan te pakken, bevordert de Europese Commissie de ontwikkeling van veilige en duurzame chemicaliën als onderdeel van de Europese Green Deal", zegt Van Dijk. "In ons onderzoek hebben we deze doelstellingen in de praktijk gebracht en een raamwerk ontwikkeld om veilige en duurzame chemicaliën te ontwerpen. We beoordelen of een chemische stof een bepaalde functie kan vervullen, maar we kijken verder en geven een kijk op duurzaamheid en gevaren."

In een case study richtten Van Dijk en collega's zich op de organofosfaatverbinding triisobutylfosfaat (TiBP). Als vlamvertrager draagt ​​deze chemische stof bij aan de bescherming tegen brand, maar als gevolg van het wijdverbreide gebruik ervan is het in veel Europese waterlichamen aangetroffen. "Het loogt uit het textiel tijdens het wassen", legt Flerlage uit, "zodat het in het milieu terechtkomt. Omdat dit vrijkomen onvermijdelijk is, hebben we ervoor gekozen om TiBP opnieuw te ontwerpen om de persistentie in het milieu te verminderen en de biologische afbraak te verbeteren."

"Persistente chemicaliën kunnen een troef zijn in een goed functionerende circulaire economie", voegt Flerlage toe. "Maar als ze eenmaal in het milieu zijn vrijgekomen, zijn ze van groot belang omdat ze het potentieel hebben om organismen voor een zeer lange periode aan te tasten. Om dat te voorkomen, moeten we dergelijke essentiële chemicaliën opnieuw ontwerpen om biologisch afbreekbaar te zijn."

Systematisch herontwerp voor veilige chemicaliën

Van Dijk en Flerlage pasten een computerprogramma aan om systematisch meer dan 6,3 miljoen chemische structuren te genereren, vergelijkbaar met de oorspronkelijke TiBP-verbinding. Vervolgens gebruikten ze Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR) -modellering om de chemische eigenschappen te voorspellen die relevant zijn voor het lot en de toxiciteit in het milieu. Alle mogelijke structuren werden vervolgens gerangschikt, niet alleen op basis van de milieugevaarlijke eigenschappen, maar ook op hun gemak van synthese. Dit leidde tot een "top 500" van de meest goedaardige structuren die de onderzoekers handmatig evalueerden. Ze selecteerden uiteindelijk di-n-butyl (2-hydroxyethyl)fosfaat als doelmolecuul en synthetiseerden dit in het laboratorium om de voor het model voorspelde eigenschappen te bevestigen en aan te vullen door middel van experimentele tests.

"De eerste resultaten geven aan dat de vlamvertragende functie behouden blijft en mogelijk zelfs versterkt wordt", zegt Flerlage. Hoewel verdere tests nodig zijn om de biologische afbraakmechanismen op te helderen, hebben de onderzoekers vertrouwen in hun aanpak. "Experimentele resultaten zoals deze zullen helpen om onze methode uit te breiden en verder te verifiëren, zodat deze zijn volledige potentieel kan bereiken bij het verminderen van chemische vervuiling en een veilige circulaire economie mogelijk maakt", besluit Van Dijk. + Verder verkennen

Nieuwe tool van onderzoekers om veiligere pesticiden te ontwikkelen