Onderzoekers: PFAS is niet zo makkelijk af te breken als gedacht

Milieukunde Deze zomer was het goede nieuws dat vervuilende PFAS via een chemisch proces simpel zijn af te breken. Maar dat blijkt in de praktijk nog moeilijk toe te passen.

De fabriek van Chemours aan de Beneden-Merwede.
De fabriek van Chemours aan de Beneden-Merwede. Foto Aurelien Goubau, Hans Lucas

Eet niet te veel groenten en fruit uit eigen tuin. Dat adviseerde het RIVM vorige week aan eigenaars van moestuinen onder de rook van chemiebedrijf Chemours in Dordrecht. De bodem rond de fabriek die onder meer teflon produceert is te zeer vervuild met PFAS: fluorhoudende stoffen die niet afbreken in natuur of lichaam. Wie te veel eet van eigen teelt, kan zo te veel PFAS binnenkrijgen en daar ziek van worden.

Maar er was toch een makkelijke manier om PFAS af te breken? Deze zomer publiceerden chemici van Northwestern University in de VS een simpel recept in Science om ‘onverwoestbare’ PFAS-moleculen toch te kraken. Verdun PFAS met oplosmiddel, verhit het mengsel tot 100 à 120 graden Celsius, laat alles een dagje pruttelen en de taaie moleculen vallen uit elkaar.

Het werd wereldnieuws. Iedereen snakt naar een manier om PFAS definitief op te ruimen.

Maar een quick fix is het Amerikaanse onderzoek niet. Voor zuivering van vervuild water of vervuilde bodem is de methode ongeschikt, zeggen chemici en waterzuiveraars. „Dit onderzoek gaat het vervuilingsprobleem niet oplossen”, zegt ook William Dichtel, de hoogleraar chemie van Northwestern University die het onderzoek uitvoerde. „Mensen hopen op een doorbraak, maar dit is geen doorbraak.”

De echte lange-termijnoplossing zal eruit bestaan dat we stoppen met PFAS gebruiken

William Dichtel hoogleraar chemie

Hoe zou Dichtel zijn werk dan typeren? Als stapje. Een ingang. Een verkenning van nieuwe manieren om PFAS te vernietigen. „De echte langetermijnoplossing zal eruit bestaan dat we stoppen met PFAS gebruiken en het reeds vervuilde water kunnen zuiveren. Dan heeft het zin om na te denken over vernietiging van PFAS-moleculen.”

PFAS is een verzamelnaam voor duizenden stoffen met een verbinding tussen koolstof en fluor: poly- en perfluoralkylstoffen. De stoffen komen in de natuur niet voor en breken nauwelijks af. Wereldwijd zijn verontreinigingen met PFAS vastgesteld. Er zitten PFAS in het grondwater, regenwater en drinkwater. PFAS zitten in vissen, in ons bloed en in moedermelk. En dat is een probleem: de laatste jaren is steeds duidelijker geworden hoe PFAS de gezondheid schaden. PFAS dempen het immuunsysteem en verstoort de hormoonhuishouding. Hoge blootstelling lijkt een hoger risico te geven op nier- en zaadbalkanker. In Europa en de VS zijn normen voor blootstelling de afgelopen jaren verder aangescherpt.

Veelgebruikt oplosmiddel

Een probleem voor wie PFAS wil vernietigen is dat de stoffen niet uit het milieu te verwijderen zijn. De stoffen reageren niet en de concentraties in het water zijn laag. In Nederlands afvalwater worden concentraties aangetroffen van een paar miljardste gram (nanogram) per liter water, dicht bij een PFAS-uitstoter als Chemours zoals gaat het soms om miljoenste grammen.

De nieuwe Amerikaanse methode vereist simpelweg te veel energie om zulke kleine concentraties verontreinigingen efficiënt af te breken. Neem het middel dat Dichtel en zijn collega’s gebruikten om de PFAS in op te lossen: dimethylsulfoxide, DMSO. DMSO is een kleurloze vloeistof, een veelgebruikt oplosmiddel, geurloos, niet giftig en redelijk goedkoop.

Maar een oplosmiddel is zelf ook een verontreiniging. „Na de zuivering moet je al dat water en DMSO weer van elkaar scheiden”, zegt Mark van Loosdrecht, hoogleraar waterzuivering aan de TU Delft. „Het terugwinnen van DMSO uit water is complex en kost veel energie.” En er is een enorme hoeveelheid DMSO nodig om de afbraakreactie op gang te brengen: één deel water op acht delen DMSO.

Een ander struikelblok is de hoge temperatuur. In hun publicatie spreken Dichtel en collega’s over ‘milde temperaturen’ van 80 à 120 graden Celsius die nodig zijn voor de reactie. Maar voor een rioolwaterzuiveringsinstallatie is 120°C niet mild. De temperatuur van afvalwater uit woningen schommelt tussen de 10° en 20°C.

„Nederlandse rioolwaterzuiveringsinstallaties zuiveren 2 miljard kubieke meter water per jaar”, zegt Cora Uijterlinde van Stowa, kenniscentrum van waterschappen. „Als je dat met warmtewisselaars gaat verhitten, kost dat enorme hoeveelheden energie.” Zuiveringsinstallaties zoeken juist manieren om warmte terug te winnen uit afvalwater – verhitten is vanwege het extreme energieverbruik uitgesloten.

Moestuinen bij de dijk langs de Beneden-Merwede, vlak bij het complex van Chemours.

Foto Aurelien Goubau, Hans Lucas

PFAS zijn bovendien maar één van de microverontreinigingen waar rioolwaterzuiveringsinstallaties mee kampen. Medicijnresten, microplastics en pesticiden zijn net als PFAS in lage concentraties aanwezig. Een gecombineerde aanpak waarbij je met bijvoorbeeld filters allerlei verschillende verbindingen uit het water haalt is dan zinniger dan een aparte behandeling voor PFAS met oplosmiddel, zegt Uijterlinde.

Chemicus William Dichtel is het daarmee eens. Zijn lab is van origine gespecialiseerd in de fabricage van nanobuisjes die gebruikt kunnen worden als PFAS-filter. Dichtel en collega’s hebben die technologie gepatenteerd. En ook in Nederland experimenteren bedrijven zoals NX Filtration samen met waterschappen om stoffen als PFAS uit het water filteren.

Pas als het lukt om PFAS uit het water te filteren en concentreren, heeft het zin na te denken over vernietiging. Dichtel: „Dat zou met onze aanpak kunnen, maar ik ben ook blij als het iemand anders lukt.”

Geconcentreerde afvalstromen

Maar hoe zit het met PFAS-producenten? Die hebben nú al te maken met geconcentreerde afvalstromen PFAS. Is de nieuwe afbraakroute voor hen een uitkomst?

De enige producent van PFAS in Nederland staat in Dordrecht (500 werknemers) en is van het Amerikaanse bedrijf Chemours. Tot 2013 loosde de fabriek jaarlijks nog tonnen PFAS in het riool en in de Beneden-Merwede. Maar met het aanscherpen van Europese normen en Nederlandse vergunningen heeft Chemours die uitstoot nu beperkt tot een paar kilo per jaar. Chemours zuivert het afvalwater nu onder andere met membranen en filters van actief kool. Die koolfilters met daarin opgenomen PFAS worden uiteindelijk verbrand in chemische ovens bij een afvalverwerker in Antwerpen. De uitstoot heeft het bedrijf naar eigen zeggen op deze manier met 99 procent beperkt. In de omgeving van de afvalverwerker worden nog wel PFAS aangetroffen.

PFAS-producenten hebben dit probleem gecreëerd en het decennia lang verhuld

William Dichtel hoogleraar chemie

Voor Chemours is de nieuwe chemische afbraakroute op korte termijn niet interessant voor industriële toepassing, oordelen technici van het bedrijf. „Wij waren ons al bewust van het algemene mechanisme dat je PFAS kunt afbreken met hulp van een oplosmiddel, hitte en tijd”, zegt Sean Uhl, programmadirecteur duurzaamheid bij Chemours. „De details kenden we nog niet. En ik juich onderzoek naar nieuwe methoden van emissiebeheersing natuurlijk toe. Maar vanuit ons perspectief heeft deze aanpak beperkingen op industriële schaal.”

Want niet alle PFAS kunnen op deze manier worden afgebroken en voor de PFAS die wél af te breken zijn, is de afbraak niet volledig. In de reactie met oplosmiddel blijven kleine verbindingen met fluor over. Voor HPFO-DA (GenX), het PFAS-molecuul dat Chemours in het productieproces gebruikt, wordt niet alle fluor teruggewonnen. „Er blijven dus korte koolstof-fluorverbindingen over”, zegt Uhl. „Voor ons voldoet deze methode daarom niet. Wij zoeken manieren om álle koolstof-fluorverbindingen af te breken.”

„Het zou een misverstand zijn om de resultaten die wij rapporteren als eindpunt te nemen”, reageert Dichtel. „De omstandigheden zijn niet geoptimaliseerd. De eerste keer ziet een nieuwe aanpak er altijd onpraktisch uit. Nu we weten dat deze route bestaat, kunnen we de opbrengst verbeteren.”

Onvolledige verbranding

Dichtel is bovendien sceptisch dat verbranding van PFAS zo efficiënt is als PFAS-producenten beweren. „Let wel: ik ben geen expert in deze manier van destructie”, zegt Dichtel. „Maar ik zie studies verschijnen waarin getwijfeld wordt aan de mate waarin je PFAS volledig kan afbreken in een oven.” Hij wijst erop dat het Amerikaanse ministerie van Defensie besloot in mei onder druk van het Congres om tijdelijk te stoppen met het verbranden van met PFAS vervuild materiaal. Door onvolledige verbranding zouden wateren in de buurt van verbrandingsinstallaties vervuild zijn geraakt met PFAS.

De Amerikaanse chemicus is niet verbaasd dat PFAS-producenten niet staan te trappelen nieuwe methodes te onderzoeken, net nu ze investeringen hebben gedaan in filtersystemen. „Maar hoe zal ik dit voorzichtig zeggen? PFAS-producenten hebben dit probleem gecreëerd en het decennia lang verhuld. Ze hebben de wereld vervuild. Ik denk niet dat zij het morele gezag hebben om te besluiten hoe dit probleem zal worden opgelost.”