Eeuwigdurende chemicaliën, vooral per- en fluoralkylverbindingen (PFAS), vormen een van de grootste milieubedreigingen voor onze gezondheid. Deze synthetische chemicaliën zitten niet op een paar goed afgebakende verontreinigde plaatsen; ze zijn overal: in rivieren, grondwater, afvalwater, en zelfs in huisstof. Ze worden in verband gebracht met kanker en een aantal ontwikkelingsziekten. En ze zijn wijd verspreid. In de VS kan bij zo’n 98% van de mensen PFAS worden aangetoond in het bloed, in de rest van de wereld is dat niet heel anders. World Bio Market Insights deed verslag van het PFAS probleem.
PFAS zijn overal. Al decennia lang worden ze gebruikt in gewone consumentenproducten als aanbakvrije pannen, vlamvertragend schuim en voedselverpakking. Ze zijn namelijk goed in weerstand tegen warmte, vlamvertraging, afstoten van water en verminderen van wrijving. De keerzijde van deze medaille: ze kunnen bijna niet worden afgebroken. Ja, in het lab gaat het wel. Met methoden als adsorptie, elektrochemische oxidatie, UV bestraling, sonochemische afbraak of nanofiltratie. Maar het probleem met de meeste van deze methodes is: ze duren te lang, ze zijn te kostbaar, of ze leiden tot giftige bijproducten.
De zijden membranen van MIT
Maar er is ook goed nieuws: er komen nieuwe methoden beschikbaar. Onderzoekers aan het MIT, waaronder Yilin Zhang en Benedetto Marelli vonden dat het PFAS probleem kon worden opgelost met een nieuwe methode. Ze vonden deze haast bij toeval. Voor een ander project hadden ze eiwitten uit zijde verwerkt tot uniforme nanokristallen. Toen deze werden gecombineerd met cellulose nanokristallen vormden ze een geheel nieuw en krachtig materiaal dat verontreinigingen kon verwijderen: waaronder PFAS.
Het probleem met veel biobased membranen is dat deze snel worden geïnfecteerd door bacteriën en schimmels. Maar dit nieuwe materiaal had ook sterke antibacteriële eigenschappen. Bovendien bleek het heel duurzaam. En goedkoop te produceren uit industriële afvalproducten, uit de zijde-industrie, of uit afval van de bosbouw.
Een PFAS platform uit schimmels
Filtratie met membranen is slechts één van de methoden om het PFAS probleem aan te pakken; het is niet eens het meest effectief. Als we PFAS uit de bodem of uit water halen, is het probleem wat verder te doen met deze giftige stof. De oplossing: afbraak, niet alleen wegfiltreren.
Susie Dal van Texas A&M Agrilife Research ontwikkelde een goede methode. Haar team vond de schimmel ‘witte rot’ die belangrijke PFAS snel afbreekt. Het grootste deel van de twee PFAS-typen PFOA en PFOS werd snel verwijderd. Het team gebruikte een gemodificeerd organisme als middel om PFAS af te breken. Ze maakten een ‘matrix’ van de bladeren, stengels en kolven van maisplanten achtergelaten op het veld na de oogst. Deze vormden een poreuze biologische structuur die de PFAS-stoffen en de schimmel voor langere tijd vastlegde, waardoor het proces werd versneld. Met mogelijkheden voor een goedkope en duurzame schoonmaak. Gelukkig produceert dit platform, anders dan andere oplossingen voor het PFAS probleem, geen andere giftige afvalstoffen gedurende de behandeling.
PFAS-etende micro-organismen
Op universiteiten in de VS wordt een ander groen gereedschap voor afbraak van PFAS ontwikkeld: micro-organismen die de chemicaliën verteren, zodat ze gemakkelijker met gebruikelijke methoden kunnen worden behandeld. Aan de Northern University onderzoekt een stel chemici de Acetobacterium groep. Daarvan kunnen sommige PFAS in kleinere onderdelen splitsen; gemakkelijker te behandelen met chemicaliën.
En in Princeton onderzoeken ze de Acidimicrobium A6, ook een PFAS etend organisme. Dit is een zeldzame microbe. Kennelijk kan deze de koolstof-fluor binding openbreken, die het PFAS probleem zo moeilijk maakt. Deze bacterie werd oorspronkelijk gevonden in een ijzerrijk en sterk zuur stuk wilde natuur.
Bodemverontreiniging
Rond fabrieken die PFAS maken kan de bodem sterk verontreinigd zijn. Zouden zelfs deze bodems schoongemaakt kunnen worden? In Vlaanderen is rond een grote PFAS-fabriek de concentratie in de grond zo hoog dat bewoners in een straal van 15 kilometer zijn gewaarschuwd dat ze niet langer uit hun moestuin kunnen eten. Dit maakt het behandelen van het PFAS probleem moeilijk. Er is zoveel verontreinigde grond dat wassen en verhitten van de bodem duur en energie-intensief wordt.
Misschien zijn microbiële methoden dan een alternatief. Dan zouden onderzoekers steeds micro-organismen moeten produceren die PFAS goed afbreken. Maar onderzoekers hebben nog steeds niet goed door hoe het werkt binnen deze wezentjes – de fysiologische en chemische reacties die daarbij een rol spelen. Met andere woorden: er moet nog meer werk worden verzet.
Veel methoden vereist
Er zijn ook biologische methoden om PFAS af te breken. Het voordeel daarvan is dat daarbij veel minder schadelijke chemicaliën ontstaan. Bovendien is een biologische behandeling van PFAS duurzamer dan chemische behandelingen.
Maar jammer genoeg is geen enkele biologische methode op zichzelf in staat om dit grote probleem op te lossen. Er zullen altijd meerdere stappen nodig zijn om het PFAS probleem op te lossen. Bestaande uit een aantal biobased, natuurkundige en chemische methoden. Het is onwaarschijnlijk dat er ooit één methode zal komen die het hele probleem kan oplossen – er zijn tussen de 800 en 7 miljoen verschillende chemicaliën in de PFAS-groep.
Vele methoden nodig
Daarom, hoewel een simpel filter op een kraan met een plantaardig mengsel van bacteriën of schimmels de eerste verdedigingslijn kan vormen tegen aantasting van ons lichaam, zal dit moeten worden aangevuld met zuivering bij de bron, bij waterleidingbedrijven. Zodat het PFAS probleem ook centraal wordt aangepakt. Hoewel micro-organismen heel goed zijn gebleken bij de aanpak van PFAS met een korte keten, zullen PFAS met een langere keten chemisch moeten worden behandeld. Daarom, welke methode we ook kiezen, er zijn zoveel PFAS chemicaliën dat we altijd een aantal methoden en technieken nodig zullen hebben; inclusief biobased en circulaire benaderingen.
Interessant? Lees dan ook:
PFAS probleem, eindelijk opgelost?
De rol van de chemie bij vermindering van plastic afval
Watertekorten