Onverwoestbare PFAS zijn toch betrekkelijk eenvoudig af te breken


De schadelijke PFAS zitten overal in het milieu. Onderzoekers hebben een manier ontdekt om de schadelijkste klasse van de stoffen af te breken.


Er is eindelijk een manier om de schadelijkste PFAS onder milde temperaturen af te breken, in een simpele reactie met goedkope en ongevaarlijke stoffen. Dat ontdekten Amerikaanse en Chinese onderzoekers, die hun bevindingen in Science publiceerden. Voorheen waren de stoffen alleen af te breken bij extreem hoge temperaturen, wat niet toepasbaar is op grote schaal.

PFAS, kort voor poly- en perfluoralkylstoffen, zijn moleculen die veel bindingen tussen koolstof- en fluoratomen bevatten. Dat is de sterkste koolstofbinding die bestaat. Om die reden vallen PFAS in de natuur nooit uit elkaar, en bacteriën zijn evenmin in staat om de bindingen af te breken. Het zijn dan ook onnatuurlijke stoffen: alleen de mens is verantwoordelijk voor de duizenden tot miljoenen verschillende PFAS die op aarde rondzwerven. Door hun unieke eigenschappen zijn ze geschikt voor talloze toepassingen, van pannen en voedselverpakkingen tot kogels en cement.

Deze maand werd duidelijk dat PFAS overal ter wereld te veel voorkomen in water en bodem, van de Lage Landen tot Antarctica. De concentraties zijn zodanig hoog dat ze schadelijke effecten kunnen veroorzaken. Bij lagere concentraties zijn ze schadelijk voor het immuunsysteem: ze verlagen de effectiviteit van vaccinaties, vooral bij kinderen. Bij hogere concentraties zijn ze kankerverwekkend en schadelijk voor onder andere de lever en schildklier.


Wateroplosbaar

De onderzoekers bestudeerden de schadelijkste klasse PFAS: de carbonzuren. Daartoe behoren de meest beruchte en wijdverspreide PFAS, zoals PFOA. Deze stoffen bestaan uit een keten van uitsluitend koolstof- en fluoratomen, met aan het einde een carbonzuurgroep (-COOH). Dat gedeelte bestaat uit koolstof, zuurstof en waterstof, en maakt dat gedeelte van het molecuul wateroplosbaar en zuur. De koolstoffluorbinding is onaantastbaar, redeneerden de onderzoekers, maar de zuurgroep is een zwakke plek in het molecuul.

In een specifieke oplossing destabiliseert de carbonzuurgroep aan het uiteinde van het molecuul, ontdekten de chemici. Die valt dan spontaan van het molecuul af. Wat overblijft is een koolstoffluorketen, met aan het einde een negatief geladen koolstofatoom. Dat is een uiterst instabiele situatie. Daarna begint een kettingreactie: stuk voor stuk breken de koolstoffluorbindingen, waarbij een onschuldige vorm van fluor vrijkomt.

De sleutel van de reactie is het oplosmiddel, een mengsel van dimethylsulfoxide (DMSO) en water. Het destabiliseert het molecuul precies genoeg: de carbonzuurgroep breekt spontaan van het molecuul af, maar de instabiele negatieve lading op het koolstofatoom kan eventjes bestaan. Als ook nog de stof natriumhydroxide (NaOH) in de buurt is, begint de kettingreactie waarbij fluorbindingen breken.


Veilig en duurzaam

Alle condities van de reactie zijn mild, waardoor het proces veilig en duurzaam is. Zo vindt de reactie plaats bij temperaturen van 80 tot 100 graden Celsius. Dat valt in het niet bij temperaturen die nodig zijn om PFAS te verbranden, boven 1.100 graden. Die temperaturen halen reguliere afvalverwerkingsinstallaties niet. Daarnaast zijn alle benodigde chemicaliën en bijproducten ongevaarlijk en goedkoop.

‘Ik ben heel enthousiast over dit werk’, zegt Timothy Noël. Hij is hoogleraar flowchemie aan de Universiteit van Amsterdam. ‘Het kan echt een doorbraak zijn, omdat het zo ontzettend simpel is. Uit water of andere vervuilde plekken zou je PFAS kunnen afvangen en concentreren – daar is al veel onderzoek naar gedaan. Vervolgens kan je de geconcentreerde PFAS afbreken met deze methode. Met andere woorden: deze methode laat het toe om PFAS te recyclen, en de cirkel rond te maken.’


DS, 22-08-2022 (Steven Frölke < NRC Handelsblad)