Forever chemicaliën zijn overal, van kookgerei tot cosmetica tot kleding tot tapijten. Al tientallen jaren hopen ze zich op in het milieu en ons water – en in ons lichaam.
Canadese onderzoekers zeggen dat ze een praktische manier hebben ontwikkeld om de giftige stoffen uit ons drinkwater te verwijderen.
“Er is geen natuurlijke manier waarop dit ding kan afbreken”, aldus Johan Foster, universitair hoofddocent chemische en biologische technologie aan de faculteit Toegepaste Wetenschappen van de Universiteit van Brits-Columbia en hoofdonderzoeker van het team dat de technologie ontwikkelde.
“Ze hebben (voor altijd) chemicaliën gevonden in alles, van gletsjers tot bergmeren en orka’s.”
Maar door houtsnippers in een ijzerchlorideoplossing te weken en ze vervolgens op hoge temperatuur te verbranden, kon Fosters team een nieuw type actieve kool produceren dat chemicaliën kan opvangen en voorgoed kan vernietigen.
“We zuiveren het water,” zei Pani Rostami, een UBC masterstudent die aan het project werkt. “We veranderen iets dat heel slecht is voor het milieu, een vervuiler, in iets dat geen schade veroorzaakt.”
De resultaten van UBC-onderzoekers werden onlangs gerapporteerd in een door vakgenoten beoordeeld artikel in Natuur Communicatietechniek.
Breed gebruik, wijdverbreid probleem
Sinds de jaren vijftig worden chemische stoffen in allerlei huishoudelijke producten en industriële processen gebruikt vanwege hun waterafstotende en vlekbestendige eigenschappen.
De term “forever chemicals” verwijst naar een groep van meer dan 10.000 verschillende synthetische verbindingen, formeel geclassificeerd als per- en polyfluoroalkylstoffen (PFAS).
Ze zijn vrijwel niet af te breken met conventionele methoden en hopen zich al tientallen jaren op in het milieu.
“Het breekt niet af in het lichaam, alleen zonlicht zal het niet afbreken,” zei Foster. “Dus het hoopt zich gewoon op. Het hoopt zich op in het milieu, in het water of in het menselijk lichaam.”
PFAS zijn bioaccumulatief, wat betekent dat ze sneller door levende organismen worden opgenomen dan het lichaam ze kan afbreken en uitscheiden.
“Het zit in ons allemaal,” zei Jane Fowler, assistent-professor milieumicrobiologie aan de Simon Fraser University. “We kunnen het in al onze bloedmonsters en moedermelk en dat soort dingen detecteren.”
Het eeuwige chemische dilemma
Volgens Foster hebben Forever Chemicals een unieke en uiterst stabiele chemische samenstelling.
“Het wordt heel, heel moeilijk om af te breken vanwege die koolstof-fluorbinding,” zei Foster. “Het is een fantastische, sterke binding, wat het een geweldige chemische stof maakt, maar ook een eeuwige chemische stof.”
Koolstof-fluorbindingen behoren tot de sterkste die de chemie kent – en PFAS kunnen er tientallen hebben. Dit maakt ze extreem moeilijk te verbreken.
Onder normale omstandigheden kost het verbreken van de sterke bindingen in een PFAS-molecuul veel energie, waardoor vernietiging niet praktisch is.
“Je verhit (PFAS-verontreinigd water) tot 370 C onder veel druk en ze beginnen af te breken,” zei Foster. “Maar het probleem met drinkwater specifiek, (PFAS zijn) in zulke kleine hoeveelheden dat het verwarmen van al je drinkwater tot die temperatuur gewoon onrealistisch is.”
Momenteel is de enige optie voor zuiveringsinstallaties om PFAS uit drinkwater te verwijderen, het opvangen ervan met behulp van technologieën zoals actieve kool of ionenuitwisseling.
“Deze technologieën verwijderen de PFAS en vangen deze op uit het drinkwater, maar lossen het probleem niet op”, aldus Inder Singh, directeur kwaliteitscontrole bij de waterdiensten van Metro Vancouver.
“Vanwege het sluipende karakter van PFAS-verbindingen, komen ze vervolgens gewoon weer in het milieu terecht.”
Vangen en vernietigen
De nieuwe methode die aan de UBC is ontwikkeld, is gericht op het afvangen en elimineren van PFAS zonder dat er veel energie aan te pas komt.
“Het brengt twee technologieën met zich mee”, aldus Upal Ghosh, hoogleraar aan de faculteit chemische technologie van de University of Maryland in Baltimore County.
“Ik ben enthousiast om te zien dat deze inspanningen doorgaan… we willen de mogelijkheid hebben om deze verbindingen op de lange termijn af te breken.”
In essentie fungeren de met ijzer doordrenkte, verbrande houtsnippers – of “biochar” – als een effectievere vorm van actieve kool, die PFAS-moleculen uit het water haalt. Het ijzer fungeert vervolgens als katalysator, waardoor het makkelijker wordt om die sterke koolstof-fluorbindingen te verbreken.
“De PFAS-verbinding hecht zich aan de katalysator en vervolgens wordt deze door een reactie afgebroken tot steeds kleinere, onschadelijke verbindingen die geen schade aanrichten aan het menselijk lichaam”, aldus Foster.
Wanneer het tot poeder werd vermalen, was het materiaal in staat om meer dan 85 procent van het perfluoroctaanzuur (PFOA), een veelvoorkomend type PFAS, binnen drie uur te vernietigen. Deze resultaten werden verzameld onder lage niveaus van ultraviolet licht om omgevingszonlicht te simuleren, maar de reactie is slechts iets minder efficiënt in het donker.
“Ik denk dat het veelbelovend is,” zei Fowler. “Ze kunnen het niet alleen uit het water halen, ze kunnen ook beginnen met het afbreken van die PFAS-moleculen, zodat ze niet alleen een nieuw afvalproduct creëren.”
Het team wil nu hun operatie opschalen. Ze hebben een industriële partner gevonden in BC Interior om te helpen bij de productie van de biochar, zei Foster.
Health Canada zet ‘zeldzame’ stap om PFAS aan te pakken
In een zeldzame zet publiceerde Health Canada vorige maand nieuwe, strengere doelstellingen voor PFAS-gehaltes in drinkwaterHoewel het niet bindend is, markeert het een verschuiving in het beleid van het reguleren van elk type PFAS individueel naar het aanpakken ervan als groep.
Het volgt op de uitgifte van strikte regels op plekken als de Verenigde Staten En Europese Unie.
Deze nieuwe doelstellingen zijn bedoeld als aanvulling op de officiële richtlijnen van Health Canada, uitgegeven in 2018 en 2019, die zich richten op slechts een handvol individuele PFAS-moleculen.
Die richtlijnen roepen provincies en territoria, die de kwaliteit van drinkwater reguleren, op om de niveaus van PFOS – een veelvoorkomend type PFAS – te beperken tot 600 nanogram per liter. Dat is 150 keer hoger dan de nieuwe Amerikaanse regelgeving van slechts vier nanogram per liter.
“In zeldzame gevallen, en PFAS was er daar één van, gaat de wetenschap razendsnel vooruit”, aldus Stephanie McFadyen, onderzoeksmanager van het waterkwaliteitsprogramma bij Health Canada.
Onderzoekers uit Vancouver zeggen dat ze een manier hebben gevonden om uiterst resistente PFAS, ook wel bekend als ‘forever chemicals’, te vernietigen met een nieuwe technologie die ze uit drinkwater verwijdert voordat ze in het milieu en in ons lichaam terechtkomen.
McFadyen zei dat de doelstellingen bedoeld zijn om dat nieuwe bewijsmateriaal te communiceren aan de provincies en territoria, terwijl Health Canada doorgaat met het ontwikkelen van nieuwe richtlijnen – een proces dat normaal gesproken vier tot zeven jaar duurt.
“Dus om niet te handelen, nou ja, de schijn te wekken dat er niet gehandeld werd… leek me geen redelijke aanpak.”
McFadyen benadrukte dat een deel van het probleem een gebrek aan data is. Weinig gemeenten testen regelmatig op PFAS in drinkwater, hoewel ze zei dat dat begint te veranderen. In de tussentijd heeft Health Canada vertrouwd op academische studies.
Bijvoorbeeld, een onderzoek naar kraanwater in Quebec vonden PFAS in 99,3 procent van de monsters.
“Het verraste iedereen, denk ik,” zei McFadyen. “Het zit in alles en overal … Ik denk waarschijnlijk, misschien alleen plastics zijn vergelijkbaar met de omvang van het probleem.”
Tientallen hotspots in heel Canada
In Canada zijn de meeste PFAS-hotspots Ze bevinden zich óf in industriële gebieden, waar ze op grote schaal worden gebruikt, óf rond luchthavens en bases van de Canadese strijdkrachten.
“Overal waar brandbestrijdingstraining is geweest en ze deze brandbestrijdingsschuimen hebben gebruikt,” legde Fowler uit. “Ze gebruikten het in echt hoge concentraties in dat soort schuimen tot vrij recent.”
Veel van deze hotspots waren benadrukt in een onderzoek van de CBC voor 2020.
Ook verschillende Canadese steden kwamen de afgelopen jaren in het nieuws vanwege de hoge PFAS-gehaltes in hun drinkwater.
McFadyen van Health Canada zei dat als het gaat om drinkwaterbronnen, bijna alle gemeenschappen getroffen kunnen worden. Grondwater is over het algemeen het meest vatbaar, maar oppervlaktewater kan ook besmet raken.
Het ‘unieke’ drinkwater van Metro Vancouver
In Metro Vancouver komt het drinkwater echter uit beschermde bergreservoirs.
“Het drinkwater van Metro Vancouver is vrij uniek… er is geen industrie, geen commerciële operatie,” zei Singh bij de waterzuiveringsinstallatie Seymour-Capilano in North Vancouver. “Dus de enige bron van PFAS-verontreinigingen zou luchttransport zijn. En tenzij er een specifieke industrie is die dat in de atmosfeer gaat brengen, is het risico minimaal.”
Sinds Metro Vancouver is begonnen met tweejaarlijkse tests op PFAS, niveaus zijn consequent onder de detectielimieten gebleven.
Singh zei dat zolang de niveaus zo laag blijven, er weinig reden is voor Metro Vancouver om dit soort PFAS-verwijderingstechnologie te implementeren. Hij erkende echter ook dat de wetenschap snel verandert en dat het district klaar moet zijn om mee te veranderen.
“Het is een kwestie van openbare veiligheid en volksgezondheid, en elk verstandig nutsbedrijf zal zich aan deze regelgeving houden en aan deze vereisten voldoen.”
