Wetenschap
Onderzoekers testen manieren om chemicaliën voor altijd uit het milieu te verwijderen en te vervangen in commerciële goederen
Een ondergronds reservoir in Denemarken is de locatie van een uniek experiment:het testen van een technologie om het milieu te helpen ontdoen van een wijdverbreide giftige vervuiling.
De watervoerende laag, nabij de stad Korsør, bevat hoge niveaus van per- en polyfluoralkylstoffen, of PFAS, dit zijn chemicaliën die sinds de jaren veertig wereldwijd worden gebruikt in honderden goederen, waaronder blusschuim. De chemicaliën verontreinigden het Korsør-reservoir door afvoer van een nabijgelegen brandweerschool die dergelijk schuim gebruikte bij trainingsoefeningen.
Enorme hoofdpijn
PFAS baren wetenschappers al sinds de jaren negentig zorgen. Ze staan bekend als ‘forever chemicaliën’ en worden op natuurlijke wijze niet afgebroken, en kunnen met geen enkele bestaande methode uit vervuilde grond en water worden verwijderd. Ze verhogen ook het risico op kanker, aandoeningen van het immuunsysteem en andere problemen met de menselijke gezondheid.
"PFAS vormen een enorm probleem", zegt professor Francesco Dondero, een ecotoxicoloog aan de Universiteit van Oost-Piemonte in Italië. "Ze zijn niet alleen zeer persistent in het milieu, maar ze zijn ook extreem mobiel."
Dondero leidt een onderzoeksproject dat tot doel heeft de detectie en verwijdering van PFAS in Europa en daarbuiten te verbeteren. Het project heet SCENARIOS en loopt vier jaar tot en met oktober 2025. Het heeft de technologie ontwikkeld die in Korsør wordt getest.
PFAS worden door fabrikanten begeerd vanwege hun vermogen om olie en water af te stoten en zijn een veelvoorkomend onderdeel van voedselverpakkingen, waterdichte kleding en vlekbestendige stoffen. Bij de productie van de populaire anti-aanbaklaag Teflon komen PFAS in het milieu terecht.
De unieke eigenschappen van PFAS zijn het resultaat van hun chemische structuur, waarin ketens van koolstofatomen van verschillende lengtes, omgeven door fluoratomen, de kern vormen.
De koolstof-fluorbinding is extreem sterk en moeilijk te verbreken. Als gevolg hiervan blijven PFAS honderden, misschien wel duizenden jaren in het milieu aanwezig.
Kettingreacties
“De soorten PFAS met langere koolstofketens kunnen gedeeltelijk uit bodem en water worden verwijderd, maar voor de korteketenketens hebben we momenteel geen tools”, zegt Dondero. "Bronnen van PFAS-vervuiling zijn ook zeer diffuus en we hebben geen middelen om ze te monitoren."
PFAS komen over de hele wereld vrij met afvalwater van chemische fabrieken, maar niet alleen.
Ze lekken uit stortplaatsen en vervuilen het grond- en oppervlaktewater. Wetenschappers hebben deze schadelijke chemicaliën ontdekt in de Arctische ijskappen, menselijke moedermelk en het drinkwater van veel grote steden.
Hoewel enkele van de gevaarlijkste soorten PFAS al verboden zijn, worden veel ervan nog steeds gebruikt. Als gevolg hiervan blijven hun concentraties in het milieu stijgen.
Persoonlijk perspectief
Dondero's interesse in PFAS ontstond nadat hij verhuisde naar Alessandria, een stad in het noordwesten van Italië met een grote chemische fabriek.
"Ik heb mijn gezin twintig jaar geleden hierheen verhuisd en ontdekte toen dat de lokale waterbronnen besmet waren met PFAS", zegt Dondero. "Ze hebben zelfs PFAS aangetroffen in het bloed van de lokale bevolking. Daarom heb ik dit project opgezet."
SCENARIOS brengt universiteiten, onderzoeksinstituten, medische centra en bedrijven uit 11 landen samen:Cyprus, Denemarken, Finland, Duitsland, Griekenland, Israël, Italië, Luxemburg, Spanje, Zweden en het Verenigd Koninkrijk.
De tests in Korsør vormen een hoogtepunt van het projectwerk.
Veelbelovende resultaten
De onderzoekers hebben hun krachten gebundeld met een Zweeds bedrijf, Envytech Solutions, om een manier te ontwikkelen om PFAS met een korte keten te verwijderen zonder daarbij andere vervuiling te veroorzaken.
De techniek, genaamd Surface Active Foam Fractionation, of SAFF, is gebaseerd op kleine luchtbelletjes. Onderzoekers pompen en behandelen verontreinigd water uit de watervoerende laag in een tank en blazen lucht op de bodem in. Terwijl de bellen door de tank stijgen, verzamelen ze de waterafstotende PFAS-moleculen en brengen ze naar de oppervlakte.
"Deze luchtbellen hebben een enorme affiniteit met PFAS en verhogen hun concentraties aan het oppervlak met een factor 100.000, waardoor het uiteindelijke PFAS-afval uiteindelijk kan worden geconcentreerd tot niveaus van meer dan een miljoen keer", aldus Dondero.
De demonstratie begon in februari 2024 en duurt tot september.
De onderzoekers testen verschillende stoffen die aan het water kunnen worden toegevoegd om de effectiviteit van het verwijderingsproces te verbeteren, vooral als het gaat om de moeilijk aan te pakken korte keten PFAS.
Tot nu toe zijn de resultaten veelbelovend. In sommige gevallen kon het systeem volgens Dondero ruim 99% van de vervuiling verwijderen.
De volgende stap is dat de onderzoekers onderzoeken hoe ze het geconcentreerde PFAS-afval op een veilige manier kunnen vernietigen.
"Voorlopig zou het voldoende zijn als we het ergens kunnen opslaan totdat de vernietigingstechnologie is ontwikkeld", zei Dondero.
Zoek naar vervangers
SCENARIOS maakt deel uit van een cluster van gezondheidsonderzoeksprojecten die de Europese Green Deal ondersteunen en een EU-actieplan voor nulvervuiling vanaf 2021 bevorderen.
Het plan voorziet dat tegen 2050 de concentraties van gevaarlijke verontreinigende stoffen in de lucht, de bodem en het water afnemen tot niveaus die niet langer als schadelijk voor de gezondheid en natuurlijke ecosystemen worden beschouwd.
Als onderdeel van de strategie moeten PFAS worden uitgefaseerd, tenzij het gebruik ervan essentieel wordt geacht.
Maar het creëren van een niet-giftige, afbreekbare en betaalbare vervanging is geen gemakkelijke taak.
"In de natuur is er geen ander alternatief dat je de eigenschappen geeft die PFAS hebben", zegt dr. Miika Nikinmaa, onderzoeker op het gebied van biomaterialen bij het VTT Technical Research Centre in Finland. "Ze zijn ook zeer kostenconcurrerend."
Nikinmaa leidt een door de EU gefinancierd project om veilige en duurzame alternatieven voor PFAS te ontwikkelen voor gebruik in voedselverpakkingen en stoffering.
Het driejarige project, ZeroF genaamd, loopt tot eind 2025.
Voor verpakkingstoepassingen experimenteren de onderzoekers met vetzuurgemodificeerde cellulose in combinatie met nieuwe coatingmethoden en chemie om de gewenste eigenschappen van weerstand tegen water en olie te verkrijgen.
"We zijn behoorlijk succesvol geweest bij het creëren van de waterbarrièrefunctie", zei Nikinmaa. "De oliebarrière is moeilijker. Maar het moeilijkste is om beide tegelijkertijd te bereiken."
Wetgevend beroep
Om PFAS in textiel en stoffering te vervangen, proberen de onderzoekers een soort organisch-anorganisch polymeer uit, genaamd ORMOCER. Het is ontwikkeld door het in Duitsland gevestigde Fraunhofer Institute for Silicate Research, een ZeroF-partner.
Het materiaal kan worden gecombineerd met diverse coatings om de eigenschappen van PFAS zo goed mogelijk te benaderen.
Tegen het einde van het project hopen de onderzoekers veilige en duurzame PFAS-alternatieven te hebben ontwikkeld en getest die niet meer dan 20% duurder zouden zijn.
Niettemin zegt Nikinmaa dat het overwinnen van PFAS-besmetting hulp zal vereisen van beleidsmakers in Europa door middel van nieuwe regels, inclusief mogelijke bredere verboden.
"Ik verwacht niet dat er in de nabije toekomst een grote technologiesprong zal plaatsvinden die ons in staat zou stellen PFAS in alle toepassingen op een kostenconcurrerende manier te vervangen zonder grote veranderingen in de wetgeving", zei hij. "Ze zijn simpelweg te kosteneffectief en te gemakkelijk. Alle nieuwe technologieën zijn complexer en daarom duurder."
Dondero van SCENARIOS maakte dit duidelijk door te zeggen dat er strengere verboden op PFAS nodig zijn.
‘We moeten beginnen met het invoeren van beperkingen om de industrie te dwingen deze geleidelijk af te schaffen’, zei hij. "We zullen ze niet in één keer in alle sectoren kunnen verbieden, maar we moeten ergens beginnen."