Pfas zijn niet de enige contaminatie in het milieu, maar wat pfas zo speciaal maakt, is dat de moleculen heel moeilijk af te breken zijn. “De conventionele technologieën om water te zuiveren, werken niet goed voor pfas. Bestaande verwijderingstechnieken slagen er vaak niet in om pfas volledig af te breken, en kunnen bijdragen aan secundaire vervuiling. Ook sorptie werkt voor een deel van de pfas niet goed, zodat actieve kool evenmin werkt. Het hangt een beetje van het type pfas af en het vraagt dus om nieuwe oplossingen. Die zijn er al wel, maar om het plaatje compleet te maken, is nog wel wat onderzoek nodig. En dat hebben wij vanuit Wageningen University & Research (WUR) nu opgezet.” Aldus Erik Vriezekolk, onderzoeker en projectleider bij WUR. Hij heeft een achtergrond in de chemische technologie en richt zich op waterzuiveringstechnologieën.

Vriezekolk is projectleider en coördinator van het PFASE-OUT-project, dat als doel heeft monitoring, removal and breakdown of pfas in (waste) water. Het idee is om een geïntegreerde aanpak te ontwikkelen die geavanceerde technologieën voor detectie, concentratie en volledige afbraak van pfas combineert. Door een proces te creëren dat membraanfiltratie combineert met op maat gemaakte afbraakmethoden zoals elektrochemische oxidatie, plasmabehandeling, UV en biologische afbraak, worden verschillende pfas-typen van verschillende ketenlengtes aangepakt.

Bij dit TKI-project (zie kader) zijn alle relevante stakeholders betrokken, waaronder de industrie, technologieaanbieders en overheden. Het project richt zich met name op het pfas-vrij maken van oppervlaktewater en industrieel afvalwater. “Maar eigenlijk gaat het om elke waterstroom”, aldus Vriezekolk. Om verschillende soorten watermonsters te onderzoeken, zijn bij het project onder meer chemiebedrijven, een papierproducent en een waterleidingbedrijf betrokken.

Slimme manier

Wat het monitoren en detecteren betreft, richt het onderzoek zich allereerst op de meest bekende pfas-moleculen, zoals pfos en pfoa. “Dat is de targeted analyse, waar je gericht op zoek gaat naar bepaalde moleculen”, aldus Stefan van Leeuwen, senior onderzoeker analytische chemie en milieuvervuiling bij WUR. “Daarnaast wil je ook kijken of er andere, onbekende, pfas-moleculen in het water aanwezig zijn. Daar hebben we de untargeted hoge resolutie massaspectrometrie technieken voor. Met deze techniek kunnen we ook onbekende pfas in beeld brengen, en ook pfas-afbraakproducten die bij de destructieve zuiveringstechnieken ontstaan. Een van de partners in het PFASE- OUT-project beschikt over een techniek om te kijken naar de som van alle fluorverbindingen die in het water zitten.”

Een andere partner heeft een slimme manier gevonden om te screenen, gebaseerd op een bepaald effect dat hoort bij pfas. “Het werkt met een soort receptor,” legt Van Leeuwen uit. “Als een pfas-molecuul voorbijkomt en bindt aan de receptor, dan leidt dat tot een respons. Aan de hoeveelheid respons kun je dan een en ander afleiden.” Van Leeuwen raakte door zijn expertise op het snijvlak van voeding en milieu en analytische chemie betrokken bij het PFASE-OUT-project.

Destructietechnologieën

Na monitoring en detectie volgt verwijdering. Het is mogelijk om pfas met actieve kool te adsorberen en vervolgens te verbranden, maar vanwege de benodigde hoge temperatuur van meer dan 1.100 graden Celsius is dat geen optimale oplossing. “Bovendien is het, omdat het eerst de lange pfas-ketens vangt, veel minder efficiënt met betrekking tot de korte ketens, zoals TFA (trifluorazijnzuur)”, zegt Raphael Fredon, business development manager bij WUR. “Daarnaast moet je de actieve kool afvoeren, met het risico dat er iets gebeurt met het transport en het met pfas verontreinigde actieve kool in de natuur terechtkomt.”

Membraantechnologie is een andere methode. Vriezekolk: “Die levert een concentratiestroom op waar de pfas in zit. Maar wat doe je daar dan mee? Er wordt wereldwijd allerlei onderzoek gedaan naar geschikte destructietechnologieën om pfas-moleculen te vernietigen. Een aantal is veelbelovend, maar die zijn vaak op kleine schaal getest. Het moet nog bewezen worden dat het ook op grotere schaal kan worden toegepast, zeg maar in de echte wereld, met allerlei contaminanten erbij.”

Een andere afbreekmethode is elektrochemische oxidatie. Hierbij worden twee elektroden aangesloten op een stroombron. Wanneer er energie en voldoende ondersteunend elektrolyt aan het systeem worden toegevoerd, kunnen aan het oppervlak van de anode sterk oxiderende soorten ontstaan die reageren met de verontreinigingen en deze afbreken. “Uiteindelijk krijg je de afbraakproducten CO2, water en fluoride-ionen”, aldus Vriezekolk. Plasmabehandeling is ook een veelbelovende techniek, net als UV-gebaseerde geavanceerde oxidatieprocessen en biologische afbraak op basis van bacteriën.

Toegevoegde waarde

“Elke techniek heeft zo zijn voors en tegens”, zegt Vriezekolk. “Er zijn technieken die goed werken voor de pfas-verbindingen met langere koolstofketens, en een aantal schijnt goed te werken voor de kleine moleculen. Wat wij in dit project willen doen, is dat puzzeltje leggen. Wij testen de technologieën die al commercieel verkrijgbaar zijn, of bijna commercieel verkrijgbaar, en optimaliseren ze of passen ze toe in de praktijk.”

Het PFASE-OUT-project gaat dus niet uit van één technologie die op alles toegepast kan worden. “Onze toegevoegde waarde is dat we al die verschillende technologieën koppelen tot één proces,” zegt Raphael Fredon. Hij heeft samen met Vriezekolk het PFASE-OUT-project ontwikkeld. “De bedoeling van het project is om in één vloeiende stap on-site pfas te verwijderen. Dat het on-site gebeurt is cruciaal, want dan hoef je niks af te voeren. Daardoor hebben bedrijven geen afvoerkosten meer, worden ze minder afhankelijk van externe diensten en verbetert de carbon footprint.”

Van Leeuwen voegt toe: “In dit project willen we dus verschillende bouwstenen, in een soort treintje, inzetten om het doel te bereiken. Het sterke van ons project is dat we een bijna pasklare toepassing aanbieden. We zitten met dit project dan ook meer aan de toegepaste dan aan de fundamentele kant. Onze toegevoegde waarde is dat we technologieën met verschillende specialisaties combineren. Daardoor ontstaat één geïntegreerd en efficiënt proces.”

Fredon: “Uiteindelijk draait het allemaal ook om kosten, het zo slim inzetten van de technologieën dat het niet alleen effectief maar ook goedkoop is. Zodat de industrie het treintje op de markt kan zetten. Dat is de hele bedoeling van dit publiek-private partnerschap: dat bedrijven deze toepassing snel kunnen vertalen naar commercialisatie. Het uiteindelijke doel is dus om straks iets op de markt te zetten.”

Wat is effectief?

Intussen liggen er nog genoeg uitdagingen in het verschiet. Vriezekolk: “Wat is effectief? Wanneer is het effectief genoeg? Gaan we helemaal tot nul, wat praktisch onmogelijk is, of is het op een gegeven moment goed genoeg? Maar wanneer is het goed genoeg? En wat kost dat dan? En wie gaat dat betalen?”

En verwijdering van pfas is ook niet het hele verhaal. Fredon: “Natuurlijk moet je ook proberen het gebruik van pfas te verminderen. Alleen als de input van pfas in het milieu daalt en we steeds meer pfas uit het milieu halen, wordt het milieu schoner. Maar je moet dan wel eerst alternatieven vinden voor de huidige vaak nog onmisbare toepassingen van pfas. Het moet allemaal parallel aan elkaar gebeuren.”

Van Leeuwen: “Het maatschappelijke probleem is groot. De kracht van dit project is dat het over de hele waardeketen gaat en dat er veel commitment is van alle partners om naar een oplossing toe te werken.” Zodat de forever chemicals straks niet meer zo forever zijn.