Case

Kan PFAS indsamles og nedbrydes enkelt og billigt?

Giftige PFAS-stoffer i naturen udgør en sundhedsrisiko, men små koncentrationer gør, at jagten på PFAS er som at finde en nål i en høstak. Nu vil et forskningsprojekt gøre den jagt både nemmere og mere effektiv.

  • Tematisk » Grøn forskning
  • 2022

De giftige PFAS-forbindelser kom for alvor i offentlighedens søgelys, da Korsør Kogræsserforening kunne konstatere, at foreningens køer ophobede de giftige stoffer i kroppen.

De græsningsarealer, køerne gik på, var nemlig tidligere blevet brugt som øvelsesområde for brandvæsenet, og PFAS findes blandt andet i skum til brandslukning.

PFAS kan lede til en række sygdomme, såsom sukkersyge og kræft. Når det ophobes i køer, overføres det til mennesker, når vi spiser oksekødet.

De giftige kemiske forbindelser findes mange steder, da de tusindvis af forskellige typer af PFAS-forbindelser er blevet brugt siden 1940’erne i alt fra teflonstegepander over imprægnering af møbler til brandslukningsskum.

Et af problemerne forud for en oprensning er dog, at PFAS ofte optræder i meget små koncentrationer. Derfor er det svært at rense eksempelvis drikkevandet for PFAS.

FAKTA: Så små er koncentrationerne af PFAS

Grænseværdien for, hvor stor en koncentration staten vil acceptere i drikkevandet af en række PFAS-forbindelser, er blot 0,002 mikrogram pr. liter. Det er en koncentration, der svarer til, at der maksimalt må være to gram PFAS i én milliard liter vand.

Til sammenligning bryster Nordsøen Oceanarium i Hirtshals sig af at huse Nordeuropas største akvarium.Det består i en ellipse på 22 gange 33 meter og kan indeholde 4,5 millioner liter vand. Der skulle 223 af disse akvarier til for at kunne rumme én milliard liter vand.

Problemet med oprensningen vil et forskningsprojekt med midler fra Danmarks Frie Forskningsfond nu forsøge at løse.

Det handler om at indsamle en stor portion PFAS

Første skridt er at samle PFAS i større koncentrationer, så det kan blive nedbrudt.

»Målet med projektet er at opfange PFAS-forbindelser i vand, så vi kan nedbryde dem. Vi vil derfor bruge en specialudviklet membran, som kan opfange disse stoffer,« forklarer Mads Koustrup Jørgensen, ph.d. og lektor på Institut for Kemi og Biovidenskab under Aalborg Universitet og hovedforskeren bag projektet.

Membranen er et filter, som bliver beklædt med nogle sukkerstoffer. Dem binder PFAS-forbindelserne sig til og bliver på den måde hængende i membranen.

Fremgangsmåden lyder jo meget enkel. Det er netop også en af de fordele, som Mads Koustrup Jørgensen selv fremhæver, når han skal beskrive de resultater, som det to et halvt år lange projekt gerne skulle munde ud i.

»Vi får skabt viden om, hvordan vi nemt og effektivt kan fjerne PFAS-forbindelser. I dag er det teknisk svært, men også dyrt. Vi forventer med dette projekt, at vi kan finde frem til en løsning, som er let at opskalere og nem at kommercialisere. Sukkerstofferne er ikke særligt dyre. Så vi regner med, at vi kan stå med en ret simpel løsning, som vi kan komme ud i verden med,« siger Mads Koustrup Jørgensen.

Han håber, at løsningen også viser sig at kunne bruges til at andre forureningsproblemer, for eksempel medicinrester i spildevand.

PFAS skal nedbrydes med ultraviolet lys

Efter at PFAS er blevet opfanget af membranen, kan det frigives i en koncentreret væskestrøm og indgå i avancerede oxidationsprocesser. Her er målet at få nedbrudt PFAS, som er svært nedbrydelige i naturen, til CO2, vand og fluor, som vi kender det fra vores tandpasta.

»Når PFAS-forbindelser skal nedbrydes, vil vi gøre brug af oxidation, altså iltning. For at sætte gang i processen bruger vi ultraviolet lys som en katalysator, der driver reaktionen,« forklarer Zongsu Wei, adjunkt på Institut for Bio- og Kemiteknologi på Aarhus Universitet, som er projektets specialist i PFAS-forbindelser.

I dette tilfælde er processen dog ikke helt så let at få til at lykkes. Men med en effektiv måde af indsamle PFAS i et koncentrat er deltagerne i forskningsprojektet ivrige efter også at opnå succes med nedbrydningen.

FAKTA: Sådan bærer forskerne sig ad

PFAS er en forkortelse af perfluoroalkylstoffer. Der findes flere tusind forskellige typer, og de er svære at nedbryde i naturen.

Til gengæld vil PFAS gerne binde sig til nogle molekylære strukturer kaldet cyklodextriner. Det er en type sukkerstoffer, og som navnet antyder, har molekylerne ringstruktur.

Forskerne vil sætte cyklodextrinerne fast på en membran, som så kan indsamle PFAS i en vandstrøm. Det kunne for eksempel være i forbindelse med PFAS-forurenet grundvand, med vandholdige processer inden for industrien eller ved at udvaske forurenet jord, hvorefter vandet herfra kunne blive udsat for membranbehandlingen

Selve membranen kan enten være fremstillet af keramiske eller polymere materialer. Et polymert materiale består af molekyler, som er opbygget af en lang række gentagelser af atomer eller atomgrupper. Generelt holder keramiske membraner i længere tid end polymere membraner.

Lige nu er der fire forskellige bud på, hvordan man får cyklodextrinerne til at sidde fast på membranen. Ved polymere membraner påsættes cyklodextriner ved at dyppe membranerne i en blanding af ætanol og vand, hvorved cyklodextrinerne vil sætte sig på membranen. For at få cyklodextrinerne til at sidde fast på de keramiske membraner, vil forskerne benytte tre konkrete strategier baseret på klikkemi. Netop klikkemi modtog den danske kemiker Morten Meldal Nobelpisen for i 2022.

En del af forskningsprojektet handler om at finde frem til, hvordan man så får frigivet PFAS-forbindelserne fra membranen igen.

Derudover kan der også være tale om, at andre stoffer end PFAS-forbindelser bliver opfanget af membranen, skadelige såvel som uskadelige. Så disse vil også blive kortlagt. Ligesom kapaciteten af membranen vil blive undersøgt i forhold til, hvor store mængder kemiske stoffer den kan optage, inden den skal byttes ud med en ny membran.

Efter at membranen har opsamlet PFAS, vil det kunne blive frigivet til et koncentrat, som så vil kunne nedbrydes effektivt med nyudviklet teknologi. Målet er at nedbryde PFAS til fluor, CO2 og vand ved at bruge ultraviolet lys til at drive processen.