Waarom moet PFAS uit de natuur, en wat kan de natuur zelf bijdragen aan het opruimen ervan? Een reflectie van Freek Kunz op PFAS en de Levende machine in de Westerschelde.
Arjen Lubach noemde het al in de Diep Dive Donderdag uitzending over PFAS: “Zou het goed zijn dat er minder PFAS in de natuur komt? JA!” Maar waarom eigenlijk? Als die stoffen zo handig zijn voor onze pannen, regenjassen en blusschuim en we sommige korte ketens na inname gewoon weer uitplassen, waarom moeten we er dan vanaf? Het korte antwoord: PFAS breekt in de natuur vrijwel niet af en stapelt zich op.
Waarom PFAS blijft hangen
PFAS dankt zijn bestaan aan de koolstof-fluorbinding: een van de sterkste verbindingen in de organische chemie. Jarenlang was de aanname dat de natuur hier totaal geen raad mee wist. Inmiddels weten we dat dit genuanceerder ligt. Er zijn wel degelijk micro-organismen (zoals specifieke Acidimicrobiaceae-bacteriën en witrotschimmels) die enzymen bezitten om deze bindingen te breken. Alleen: in het wild gebeurt dit erg langzaam. De massa aan industriële vervuiling is vele malen groter dan wat de natuur op eigen kracht kan bijbenen. Daar komt bij dat de productie van PFAS nog lang niet gestopt is. Ondanks uitfaseringen maken chemieconcerns nog steeds op grote schaal:
- Korte-keten PFAS (zoals GenX, PFBS en PFBA): De vervangers die als proceshulpstof worden gebruikt. Ze werden geïntroduceerd omdat we ze sneller uitplassen, maar ze lossen extreem goed op in water, zijn ongekend mobiel in de bodem en verplaatsen zich razendsnel door het ecosysteem.
- Specialistische fluorpolymeren en fluorchemicaliën: PFAS vormt nog altijd een sleutelcomponent in de chips- en halfgeleiderindustrie, medische apparatuur, batterijen en industriële smeermiddelen.
Wat PFAS met bodem en ecosysteem doet
Een van de vragen die we in biomimicry stellen: Ceëert PFAS condities die het leven bevorderen? Nee. Door permanent aanwezig te blijven en op te hopen in weefsels van mensen, dieren, bomen en schimmels ontregelt PFAS de basisvoorwaarden voor leven. Het verstoort celsignalen, ontregelt stofwisselingen en hormonen in uiteenlopende organismen.
PFAS is niet alleen toxisch voor dieren en mensen, maar tast direct de ondergrondse ecosystemen aan. Wetenschappelijk onderzoek toont aan dat PFAS-stoffen de respiratie van de bodem remmen en de enzymatische activiteit (zoals glycoside-hydrolasen) en celstructuur van bodembacteriën en schimmels beschadigen.1
Schimmels vormen het communicatienetwerk van de bodem en zetten afval om in voeding. Wanneer PFAS hun enzymatische werking en celmembranen blokkeert, stagneert de natuurlijke nutriëntencyclus (zoals de stikstof- en koolstofkringloop). PFAS is een permanente omgevingsstressor die het fundament van ons ecosysteem aantast.
Wat kunnen we doen?
Levende machines
Het water bij het Verdronken Land van Saeftinghe (Westerschelde) staat vol met historische PFAS-belasting. Dat water moet hoe dan ook gefilterd worden, omdat het ecosysteem nu vervuild is.
Wij bouwen daar met Rijkswaterstaat en Het Zeeuwse Landschap een Levende machine om het water te zuiveren. We onderzoeken de kracht van de ecosystemen om de PFAS uit het water te filteren en hopelijk ook af te breken.
In de Levende machine bootsen en versnellen we natuurlijke systemen. We nemen als uitgangspunt de methode zoals beschreven door John Todd in Healing Earth. Gespecialiseerde planten en mariene biomassa trekken de PFAS via fytoremediatie uit het water en vangen het op in hun weefsel. Tegelijkertijd optimaliseren we de leefomgeving voor gespecialiseerde bacteriën en schimmels, zodat hun natuurlijke afbraakenzymen optimaal kunnen werken. Het mooie aan Levende machines is dat ze, door de rijkdom van het leven in te zetten, het water hoe dan ook schoner en vitaler uit het systeem stroomt.
De cirkel rondmaken: Biochar
Om te voorkomen dat we met vervuilde biomassa blijven zitten, sluiten we de kringloop. De geoogste biomassa uit de Living Machine verwerken we tot biochar via pyrolyse (verhitting zonder zuurstof). Door de extreme temperaturen breken de resterende koolstof-fluorbindingen definitief af. Het gewenste resultaat: veilige, schone biochar die we direct hergebruiken als bodemverbeteraar of biologisch filtermedium. Deel van dit project is om uit te zoeken of dit mogelijk is.
Biomimicry voor PFAS-vervanging
Dweilen met de kraan open heeft geen zin; we moeten de vervuiling van PFAS ook stoppen. Veelbelovend biomimicry-onderzoek richt zich nu op hoe organismen zonder synthetische fluor dezelfde unieke materiaaleigenschappen bereiken als PFAS.
Een van de meest actieve onderzoeksvelden is fysieke oppervlaktestructurering, geïnspireerd op het Lotus- en Salvinia-effect. Hierbij wordt water- en vuilafstotendheid gerealiseerd door microscopische nanostructuren op oppervlakken aan te brengen. Bio-gebaseerde polymeerlagen die deze biologische hiërarchieën nabootsen, laten zien dat verpakkingen en textiel extreem afstotend kunnen worden gemaakt zonder gif.
Een andere cruciale onderzoeksrichting richt zich op bio-hydrogels en geladen biopolymeren (zoals chitosan uit marien afval en alginaten uit zeewier). Omdat korte-keten PFAS erg mobiel is en een negatieve lading heeft, wordt onderzocht hoe deze bio-hydrogels via elektrostatische interactie als biologische ‘sponzen’ kunnen fungeren om het mobiele gif specifiek in te sluiten.
Voor High-Tech toepassingen, zoals het vervangen van PFAS-smeermiddelen in apparatuur en de halfgeleiderindustrie, kijken onderzoekers naar biologische frictie-reductie. De natuur realiseert wrijvingscoëfficiënten van vrijwel nul in menselijke gewrichten en slijmvliezen door middel van gehydrateerde eiwit-suikernetwerken (mucines). Door synthetische biomimicry-hydrogels te ontwerpen die de dynamische waterbinding van deze mucines imiteren, ontstaat een volwaardig alternatief voor industriële fluorsmeermiddelen.
Water is de bloedbaan van de aarde, en er zit inmiddels PFAS in ons bloed. Met de Levende machine wil we samen met alle rijken in de natuur deze stof uit onze ecosystemen zuiveren.