Met de aanwezigheid van duizenden chemische stoffen die bekend staan als PFAS, en die inmiddels al tientallen jaren in gebruik zijn, groeit de bezorgdheid over de gezondheidsrisico's die langdurige blootstelling aan deze chemicaliën met zich meebrengt. Maar het elimineren van chemische stoffen die ontworpen zijn om nooit meer weg te gaan, is moeilijk gebleken. Een team van wetenschappers van de Universiteit Utrecht probeert hier verandering in te brengen door manieren te onderzoeken om de cyclus van de verontreiniging door PFAS te doorbreken.
Hoewel je misschien nog nooit van ‘per- en polyfluoralkylstoffen’ gehoord hebt, word je er iedere dag aan blootgesteld. Dankzij de unieke eigenschappen om water en olie af te stoten en hitte te weerstaan, worden PFAS gebruikt in van alles en nog wat, van voedselverpakkingen tot regenjassen, bakpannen met antiaanbaklaag, cosmetica, menstruatieproducten en blusschuim. Maar de eigenschappen die PFAS zo nuttig maken, zorgen er ook voor dat PFAS bijna onverwoestbaar zijn.
“Het probleem is dat PFAS niet afbreken. Ze hopen zich op in de lucht, de bodem, het water en uiteindelijk in ons,” zegt Alraune Zech, universitair docent Aardwetenschappen aan de Universiteit Utrecht. “En dat is zorgwekkend, want we weten dat ze zelfs in lage concentraties giftig kunnen zijn.”
PFAS zijn aangetroffen in drinkwater en voedsel, in menselijk bloed en zelfs in het ijs van Antarctica.
Onderzoek suggereert dat blootstelling aan PFAS het risico op bepaalde vormen van kanker kan verhogen, de lever kan beschadigen en het immuunsysteem kan verzwakken. Omdat er duizenden verschillende PFAS-verbindingen in gebruik zijn, leren wetenschappers nog steeds bij over de volledige omvang van hun impact op de gezondheid van mens en milieu. Zoals Zech's collega Johan van Leeuwen opmerkt: “Hoewel in 2015 PFOA en PFOS, twee van de meest bestudeerde PFAS-verbindingen, verboden werden, zijn er sindsdien nieuwe PFAS, zoals GenX, geproduceerd en gebruikt. En we weten nog niet wat op lange termijn de effectenden zijn van voortdurende blootstelling.”
PFAS worden al meer dan 50 jaar gebruikt en zijn nu overal. “Ze zijn aangetroffen in drinkwater en voedsel, in menselijk bloed en zelfs in het ijs van Antarctica,” zegt Van Leeuwen. “Hoe langer de tijd dat ze geproduceerd worden en in het milieu terechtkomen, hoe groter het probleem wordt.”
Ondanks voortdurende inspanningen, zegt hij, zijn er nog geen efficiënte en duurzame methoden om PFAS uit het milieu te verwijderen.
Zech en Van Leeuwen maken deel uit van een interdisciplinaire onderzoekssamenwerking aan de Universiteit Utrecht - bekend als het PFAS Remediation Living Lab - dat tot doel heeft duurzame manieren te vinden om deze chemische stoffen uit het milieu te verwijderen. Wat hun uitgangspositie uniek maakt, is dat zij kunnen experimenteren met vervuilde grond op het Utrecht Science Park en hier ook verschillende saneringsmethoden kunnen testen.
Het veld waar ze aan werken, een klein weiland dat ooit werd gebruikt voor brandtrainingen door de bedrijfshulpverleners-organisatie van de universiteit, bleek vervuild te zijn met PFAS uit blusschuim en dat in hoeveelheden die een risico vormen voor mens en dier.
Simpelweg de grond afgraven en op een stortplaats dumpen lost het probleem niet op.
“Simpelweg de grond afgraven en op een stortplaats dumpen – de traditionele manier - lost het probleem niet op,” legt Frank Kooiman van de Directie Campus & Facilities van de Universiteit Utrecht uit. “PFAS verdwijnen niet op stortplaatsen - ze spoelen uit en komen via slib of gezuiverd water opnieuw in het milieu terecht.”
En als met PFAS vervuilde grond wordt verbrand, komen de giftige, verontreinigende stoffen in de lucht vrij, die dan weer in de bodem neerslaan. “Geen van deze methoden is duurzaam. We zouden dan misschien dit veld van 3000 vierkante meter in Utrecht schoongemaakt hebben, maar we verschuiven het probleem naar elders,” zegt hij.
De universiteit zag dit met PFAS vervuilde veld als een kans. “We hoorden van de gemeente Utrecht over alternatieve methoden waarbij planten worden gebruikt om giftige stoffen uit de bodem te verwijderen,” zegt Kooiman. “Zou dat ook niet voor PFAS kunnen werken?” Dit idee leidde tot de oprichting van het PFAS Remediation Living Lab.
De eerste stap is begrijpen hoe PFAS zich door het milieu verplaatsen, zegt milieuhydroloog Stephanie Lutz, die volgt hoe water zich door het vervuilde veld beweegt om te zien waar deze chemicaliën naartoe gaan. “We willen weten of PFAS dieper in de bodem sijpelen en het grondwater bereiken, of dat ze dichter bij het oppervlak blijven,” legt Lutz uit.
Weten hoe PFAS zich gedragen, zal bepalen hoe het team de sanering op de locatie aanpakt. “Als we ontdekken dat de meeste PFAS inderdaad dicht bij het oppervlak blijven en 'wachten' tot de volgende regenbui ze wegspoelt, dan zou dat een heel goede indicatie zijn dat het opvangen van PFAS bij de afvoerpijpen een effectieve manier van saneren zou kunnen zijn,” zegt Lutz.
Om deze theorie te testen, meten Lutz en haar collega's de concentratieniveaus van PFAS. “Tot nu toe hebben we alleen flessen onder de afvoer geplaatst om watermonsters te verzamelen. We overwegen nu een meer geavanceerde aanpak door een natuurlijk materiaal in de waterleidingen te installeren. Het sorptiemiddel is een kleiachtig mineraal dat PFAS aantrekt. We kunnen het in het veld inzetten en dan naar het lab brengen om te meten hoeveel PFAS er zijn verzameld,” legt ze uit.
De PFAS die we met deze sorbents voor bemonsteringsdoeleinden uit het water opvangen, worden verwijderd voordat ze zich verder in het milieu verspreiden.
“Na analyse van de watermonsters kan het zijn dat er toch maar heel kleine hoeveelheden PFAS door de afvoerpijpen komen. Als dat het geval is, is het afbreken van de waterstroom op die plek wellicht niet de manier om verder te gaan met de sanering,” zegt Lutz. “Tegelijkertijd zullen alle PFAS die we met deze sorbents voor bemonsteringsdoeleinden uit het water opvangen, worden verwijderd voordat ze zich verder in het milieu verspreiden. Dus terwijl we leren wat het beste werkt, helpen we om dit veld van PFAS te ontdoen.”
Het is een feedback-lus die ook helpt bij het versnellen van oplossingen. “Als we eenmaal begrijpen hoe PFAS zich door de watercyclus bewegen, kunnen we de waterstroom actief in de gewenste richting duwen om daar zoveel mogelijk PFAS op één plek te concentreren en daar saneringsmethoden toe te passen,” voorziet Lutz.
In een poging om PFAS efficiënter weg te spoelen, probeerde het lab van Van Leeuwen en Zech een niet direct voor de handliggende oplossing: zeep. Meer specifiek, een natuurlijke, biologisch afbreekbare zeep die zou kunnen bijdragen om PFAS sneller uit de bodem te spoelen dan met enkel regenwater. “PFAS-verbindingen hechten zich aan oppervlakken en gedragen zich meer als virussen dan de ons bekende organische verontreinigingen,” legt Van Leeuwen uit. “Net zoals zeep helpt om virussen weg te spoelen, dachten we dat het ook voor PFAS zou kunnen werken - en dat deed het.”
De eerste laboratoriumresultaten laten zien dat het toevoegen van biozeep aan water PFAS effectief - en met minimaal water - en energieverbruik - uit de bodem kan wassen. “De volgende stap is het testen van de zeepoplossing op verschillende bodemomstandigheden en het beoordelen voor welke soorten PFAS deze methode het meest effectief is. En uiteindelijk willen we het toepassen op het vervuilde veld om hiermee het proces van het wegspoelen van PFAS te versnellen,” voegt Zech toe.
Ondertussen onderzoekt George Kowalchuk, hoofd van de onderzoeksgroep Ecologie en Biodiversiteit aan de Universiteit Utrecht, een andere aanpak: of micro-organismen in de bodem misschien PFAS kunnen ontsmetten of afbreken. “Microben in de bodem zijn ongelooflijk goed in het afbreken van vervuilende stoffen zoals pesticiden en aardolieproducten. Zelfs chemicaliën die ze nog nooit eerder zijn tegengekomen,” zegt hij. “We denken dat de potentie er is om micro-organismen te vinden die ook PFAS kunnen afbreken.”
Maar de levende wereld onder onze voeten is enorm en complex: één gram grond alleen al kan tot 10 miljard micro-organismen van duizenden verschillende soorten bevatten. Hoe identificeer je de micro-organismen die kunnen helpen bij het afbreken van PFAS? “We willen echt begrijpen hoe PFAS de ecologie van een gebied beïnvloeden. Want bij de meeste biologische afbraakprocessen is het niet één organisme dat het doet, maar een combinatie van organismen,” zegt Kowalchuk. “Dus in plaats van een bepaald organisme te isoleren om te zien wat voor trucs het kan uithalen, observeren we hoe PFAS de samenstelling, het functioneren en de evolutie van de bodemgemeenschap beïnvloeden.”
Kunnen bepaalde microben PFAS verdragen en kunnen ze ook samenwerken om deze af te breken?
Het team van Kowalchuk zal onder andere de geavanceerde Ecotron-module van het Netherlands Plant-Ecophenotyping Centre (NPEC) van de universiteit gebruiken om te onderzoeken hoe PFAS de microbiële gemeenschap in de bodem beïnvloeden. “Met de Ecotron kunnen we de omstandigheden in het veld nabootsen, inclusief de pH van de bodem, de temperatuur en vochtigheid, en zelfs de aanwezige planten en micro-organismen. Vervolgens injecteren we een cocktail van PFAS, laten deze enkele weken staan en kijken dan wat er gebeurd is,” legt hij uit. “Kunnen bepaalde microben PFAS verdragen en kunnen ze ook samenwerken om deze af te breken? Of zetten ze PFAS om in iets anders? En wat zijn de bijproducten?
Kowalchuk hoopt dat door te begrijpen hoe PFAS deze ecosystemen beïnvloeden, natuurlijke processen verbeterd kunnen worden om de chemicaliën af te breken, zowel hier als in andere verontreinigde gebieden. “Als we bijvoorbeeld weten dat het toevoegen van bepaalde voedingsstoffen microbiële activiteit tegen PFAS bevordert, kunnen we die omstandigheden ook in de échte wereld nabootsen en de natuur het werk laten doen,” zegt hij.
Terwijl de onderzoekers van het PFAS Remediation Living Lab hun werk voortzetten, blijven ze optimistisch over dat er duurzame oplossingen kunnen worden gevonden om een van de meest voorkomende vervuilingsproblemen van onze tijd aan te pakken. Door veldonderzoek, laboratoriumexperimenten, numerieke modellering en pilots op veldschaal leert het interdisciplinaire team meer over hoe verschillende PFAS zich door het milieu verplaatsen en in wisselwerking staan met hun omgeving. Het uiteindelijke doel is om een manier te vinden om PFAS uit het milieu te verwijderen - niet alleen voor het veld op het Utrecht Science Park, maar voor verontreinigde locaties over de hele wereld.
