Forever chemical PFAS, vervuilt regen- en drinkwater over de hele wereld. Het chemische goedje bevat koolstoffluorverbindingen die bijna onmogelijk af te breken zijn. Zo ongeveer elke druppel water op aarde is besmet met de kankerverwekkende troep.

Er is nu een nieuwe methode ontwikkeld om simpel en kosteneffectief PFAS en soortgelijke moleculen af te breken. Hopelijk kan dit in de nabije toekomst worden ingezet bij waterzuiveringsinstallaties over de hele wereld. Door goedkope reageermiddelen toe te voegen aan water dat tussen de 80 en 120 graden Celsius is, wordt de ‘kop’ van het PFAS-molecuul van zijn ‘romp’ geslagen. Hierna valt het molecuul langzaam maar zeker uit elkaar.

Goed nieuws dus, na alle negatieve berichten over de schadelijke PFAS-verbindingen, die in alle hoeken van de wereld zijn teruggevonden. Het goedje kan duizenden jaren in de waterkringloop blijven ronddwarrelen. Maar gelukkig hebben scheikundigen van de UCLA (Californië) en de Northwestern University een mogelijk baanbrekende zuiveringstechniek ontwikkeld.

Onthoofden en dan langzaam afknabbelen
De moleculaire bindingen in PFAS zijn enorm sterk, maar de wetenschappers hebben een goedkoop reageermiddel gevonden dat bij 80 tot 120 graden Celsius ‘langzaam maar zeker stukjes van het molecuul afknabbelt’ totdat er niks meer over is, volgens UCLA-professor Kendall Houk. Deze simpele technologie kan bij een relatief lage watertemperatuur een grote hoeveelheid water zuiveren, zonder dat er schadelijke bijproducten overblijven. De hoeveelheid water die tegelijk kan worden verwerkt, is in principe ongelimiteerd. Het is dan ook de bedoeling dat deze technologie het een stuk makkelijker maakt voor waterzuiveringsinstallaties om PFAS uit het drinkwater te halen.

Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) zijn al sinds de jaren veertig in omloop. Ze zijn gebruikt in pannen met antiaanbaklaag, bepaalde make-up, shampoo, elektronica, voedselverpakkingen en talloze andere producten. Het bedrijf 3M was de grootste producent, maar is de laatste decennia onder druk van gerechtelijke uitspraken en overheden een stuk minder van de kankerverwekkende stof gaan maken.

Ecologische ramp
Het kwaad was echter al geschied: niets in de natuur kan PFAS afbreken en de levende natuur wordt telkens weer met de stoffen geconfronteerd. PFAS kan langzaam ophopen in het menselijk lichaam en allerlei ernstige aandoeningen veroorzaken, zowel bij volwassenen als bij jonge kinderen. Telkens worden de maximum toelaatbare hoeveelheden PFAS door overheidsinstanties verlaagd, omdat uit nieuw onderzoek blijkt hoeveel schade het veroorzaakt.

Het is dus enorm belangrijk om duurzame en kosteneffectieve manieren te vinden om grote hoeveelheden water te ontdoen van het chemische goedje. Wetenschappers experimenteren met allerlei schoonmaakmethodes, maar de meeste vereisen extreem hoge temperaturen, speciale chemicaliën of ultraviolet licht. Ook komen er vaak schadelijke bijproducten vrij, waardoor er extra stappen nodig zijn om ook die weer te verwijderen.

Een kop en een staart
De nieuwe techniek biedt dus uitkomst. De onderzoekers, wier studie in Science verscheen, ontdekten dat PFAS-moleculen een lange ‘staart’ van hardnekkige koolstoffluorverbindingen bevatten en daarnaast vaak een ‘kop’-groep met geladen zuurstofatomen, die sterk reageren met andere moleculen. De wetenschappers bouwden daarom een chemische ‘guillotine’ door de PFAS te verwarmen in water met dimethylsulfoxide (DMSO) en natriumhydroxide (loog). Op deze manier wordt de ‘kop’ van het molecuul afgehakt en blijft er een meer kwetsbare, reactieve staart achter.

“Die eerste klap veroorzaakte een domino-effect van reacties en de fluoratomen begonnen daarna van de verbindingen af te vallen. Zo ontstond er fluoride, de veiligste vorm van fluor”, zei scheikundeprofessor William Dichtel van Northwestern University. “Hoewel koolstoffluorbindingen supersterk zijn, is die geladen kopgroep de achilleshiel.” Maar het experiment had nog een verrassing in petto voor de wetenschappers: de moleculen vielen niet uit elkaar zoals ze hadden verwacht.

Om dit mysterie op te lossen werd de hulp ingeroepen van Chinese onderzoekers van de Tianjin University. Zij hadden verwacht dat de koolstofatomen een voor een van de PFAS-moleculen zouden afvallen, maar computersimulaties toonden aan dat er twee of drie koolstofmoleculen tegelijkertijd zouden moeten afbrokkelen, net zoals tijdens de experimenten was waargenomen.

Geen schadelijke bijproducten
Uit de simulaties kwam naar voren dat koolstofdioxide, fluoride – vaak toegevoegd aan drinkwater om tandbederf te voorkomen – en het onschadelijke mierenzuur de enige bijproducten zouden moeten zijn die vrijkomen tijdens de afbraak van de PFAS-moleculen. De onderzoekers deden meer experimenten en bevestigden deze berekeningen. “We hebben de snelste computers die we tot onze beschikking hadden tot het uiterste gedreven. De modernste kwantummechanische methoden zijn uit de kast gehaald om de zeer complexe reeks berekeningen uit te voeren”, legt een van de onderzoekers uit. “Kwantummechanica is de wiskundige methode die alle scheikundige processen het best kan doorrekenen, maar pas in de laatste tien jaar lukt het ons om dit soort grote problemen aan te pakken, alle mogelijkheden te evalueren en te bepalen wat de meest logische uitkomst is.”

Alle PFAS een kopje kleiner 
Het is ze tot nu toe gelukt om tien soorten perfluoralkylcarbonzuren (PFCA’s) en perfluoralkylethercarbonzuren (PFECA’s) op deze manier af te breken, waaronder het giftige perfluoroctaanzuur (PFOA). De onderzoekers denken dat deze methode gaat werken voor de meeste PFAS die carbonzuren bevatten. Ook hopen ze dat ze met de nieuwe kennis zwakke plekken kunnen vinden bij andere typen PFAS. Het doel is om uiteindelijk alle soorten een kopje kleiner te maken.