Forskere tester måder at fjerne kemikalier for evigt fra miljøet og erstatte dem i kommercielle varer

Et underjordisk reservoir i Danmark er stedet for et unikt eksperiment:at teste en teknologi, der hjælper med at befri miljøet for en udbredt giftig forurening.

Akviferen, nær byen Korsør, indeholder høje niveauer af per- og polyfluoralkylstoffer, eller PFAS, som er kemikalier, der siden 1940'erne har været brugt verden over i hundredvis af varer, herunder brandskum. Kemikalierne forurenede Korsør-reservoiret gennem afstrømning fra en nærliggende brandskole, der brugte sådanne skum i træningsøvelser.

Kæmpe hovedpine

PFAS har bekymret forskere siden mindst 1990'erne. De er kendt som "kemikalier for evigt", og de nedbrydes ikke naturligt og kan ikke fjernes fra forurenet jord og vand med nogen eksisterende metode. De øger også risikoen for kræft, immunsystemforstyrrelser og andre menneskelige sundhedsproblemer.

"PFAS er et kæmpe problem," sagde professor Francesco Dondero, en økotoksikolog ved University of Eastern Piemonte i Italien. "De er ikke kun meget vedholdende i miljøet, men de er også ekstremt mobile."

Dondero leder et forskningsprojekt, der har til formål at forbedre PFAS-detektion og -fjernelse i og uden for Europa. Projektet kaldes SCENARIOS og løber i fire år frem til oktober 2025 og har udviklet teknologien, der testes i Korsør.

Eftertragtet af producenter for deres evne til at afvise olie og vand, PFAS er en almindelig del af fødevareemballage, vandtæt tøj og pletbestandige stoffer. Produktion af den populære non-stick teflon køkkengrej belægning frigiver PFAS til miljøet.

De unikke egenskaber ved PFAS er et resultat af deres kemiske struktur, hvis kerne er kæder af kulstofatomer af forskellig længde omgivet af fluoratomer.

Kulstof-fluorbindingen er ekstrem stærk og svær at bryde. Som et resultat forbliver PFAS i miljøet i hundreder – måske tusinder – af år.

Kædereaktioner

"De typer af PFAS med længere kulstofkæder kan delvist fjernes fra jord og vand, men vi har i øjeblikket ingen værktøjer til de kortkædede," sagde Dondero. "Kilder til PFAS-forurening er også meget diffuse, og vi har ingen midler til at overvåge dem."

PFAS frigives over hele verden med spildevand fra kemiske anlæg – men ikke kun.

De lækker fra lossepladser og forurener grund- og overfladevandet. Forskere har opdaget disse skadelige kemikalier i arktiske iskapper, modermælk og drikkevandet i mange større byer.

Mens nogle af de farligste typer PFAS allerede er blevet forbudt, er mange stadig i brug. Som et resultat bliver deres koncentrationer i miljøet ved med at stige.

Personligt perspektiv

Donderos interesse for PFAS dukkede op, efter han flyttede til Alessandria, en by i det nordvestlige Italien med et stort kemisk anlæg.

"Jeg flyttede min familie hertil for 20 år siden og opdagede så, at lokale vandressourcer er blevet forurenet med PFAS," sagde Dondero. "De fandt endda PFAS i blodet på lokalbefolkningen. Det er derfor, jeg sammensatte dette projekt."

SCENARIOS samler universiteter, forskningsinstitutter, medicinske centre og virksomheder fra 11 lande:Cypern, Danmark, Finland, Tyskland, Grækenland, Israel, Italien, Luxembourg, Spanien, Sverige og Storbritannien.

Testene i Korsør repræsenterer en kulmination på projektets arbejde.

Lovende resultater

Forskerne er gået sammen med en svensk virksomhed, Envytech Solutions, for at udvikle en måde at fjerne kortkædet PFAS uden at skabe anden forurening i processen.

Teknikken, kaldet Surface Active Foam Fractionation, eller SAFF, er afhængig af små luftbobler. Forskere pumper og behandler forurenet vand fra grundvandsmagasinet ind i en tank og blæser luft ind i bunden. Når boblerne stiger gennem tanken, opsamler de de vandafvisende PFAS-molekyler og bringer dem til overfladen.

"Disse luftbobler har enorm affinitet til PFAS og øger deres koncentrationer ved overfladen med en faktor på 100.000, hvilket i sidste ende tillader det endelige PFAS-affald at blive koncentreret til niveauer, der overstiger en million gange," sagde Dondero.

Demonstrationen startede i februar 2024 og varer indtil september.

Forskerne tester forskellige stoffer, der kunne tilsættes vandet for at forbedre effektiviteten af ​​fjernelsesprocessen, især med hensyn til den svære at tackle kortkædede PFAS.

Indtil videre er resultaterne lovende. I nogle tilfælde var systemet i stand til at fjerne mere end 99 % af forureningen, ifølge Dondero.

Næste skridt bliver, at forskerne undersøger, hvordan man kan ødelægge det koncentrerede PFAS-affald på en sikker måde.

"For nu ville det være nok, hvis vi bare kan opbevare det et sted, indtil destruktionsteknologien er udviklet," sagde Dondero.

Søg efter erstatninger

SCENARIOS er en del af en klynge af sundhedsforskningsprojekter, der støtter den europæiske grønne aftale og fremmer en EU-handlingsplan for nul forurening fra 2021.

Planen forudser, at koncentrationer af farlige forurenende stoffer i luft, jord og vand inden 2050 falder til niveauer, der ikke længere anses for at være sundhedsskadelige og naturlige økosystemer.

Som en del af strategien bør PFAS udfases, medmindre deres anvendelse anses for væsentlig.

Men at skabe en ikke-giftig, nedbrydelig og overkommelig erstatning er ingen nem opgave.

"I naturen er der intet andet alternativ, der giver dig den slags egenskaber, som PFAS har," sagde Dr. Miika Nikinmaa, en biomaterialeforsker ved VTT Technical Research Center i Finland. "De er også meget omkostningskonkurrencedygtige."

Nikinmaa leder et EU-finansieret projekt for at udvikle sikre og bæredygtige alternativer til PFAS til brug i fødevareemballage og polstring.

Det treårige projekt, der kaldes ZeroF, skal løbe indtil udgangen af ​​2025.

Til emballageapplikationer eksperimenterer forskerne med fedtsyremodificeret cellulose sammen med nye belægningsmetoder og kemier for at producere de ønskede egenskaber af modstandsdygtighed over for vand og olie.

"Vi har haft ret succes med at skabe vandbarrierefunktionen," sagde Nikinmaa. "Oliebarrieren er sværere. Men det sværeste er at opnå begge dele på samme tid."

Lovgivningsappel

For at erstatte PFAS i tekstiler og polstring afprøver forskerne en type organisk-uorganisk polymer kaldet ORMOCER. Det er udviklet af det tysk-baserede Fraunhofer Institute for Silicate Research, som er en ZeroF-partner.

Materialet kan kombineres med forskellige belægninger for så tæt som muligt at matche egenskaberne af PFAS.

Ved afslutningen af ​​projektet håber forskerne at have udviklet og testet sikre og bæredygtige PFAS-alternativer, der ikke ville være mere end 20 % dyrere.

Ikke desto mindre siger Nikinmaa, at overvindelse af PFAS-kontamination vil kræve hjælp fra politiske beslutningstagere i Europa gennem nye regler, herunder mulige bredere forbud.

"Jeg forventer ikke, at der vil ske et stort teknologispring, som vil gøre os i stand til at erstatte PFAS i alle applikationer på en omkostningskonkurrencedygtig måde i den nærmeste fremtid uden større ændringer i lovgivningen," sagde han. "De er simpelthen for omkostningseffektive og for bekvemme. Alle de nye teknologier er mere komplekse og derfor dyrere."

Dondero fra SCENARIOS fik pointen med at sige, at der er behov for strengere forbud mod PFAS.

"Vi er nødt til at begynde at indføre restriktioner for at tvinge industrien til at udfase dem," sagde han. "Vi vil ikke være i stand til at forbyde dem i alle brancher på én gang, men vi er nødt til at starte et sted."

Flere oplysninger:

• SCENARIER
• NulF
• EU-miljøforskning
• EU-handlingsplan for nulforurening

Leveret af Horizon:The EU Research &Innovation Magazine