PFAS: hardnekkig en moeilijk te vervangen

Hoofdfoto: Peter Hilz / ANP

PFAS-vervuiling krijgt pas de laatste tijd volop aandacht, maar veel onderzoekers kennen deze groep probleem­stoffen al minstens twintig jaar, zegt Stefan van Leeuwen, senior onderzoeker contami­nanten bij Wageningen Food Safety Research (WFSR). ‘Dat het nu pas echt in de belang­stelling staat, komt doordat de laatste jaren duidelijk is geworden dat deze stoffen toch een bepaalde giftigheid hebben. We weten nu dat PFAS in het milieu en onze voeding een effect kunnen hebben op de gezond­heid.’ Dat leidde afgelopen jaar tot waar­schuwingen voor het eten van bijvoorbeeld vis uit de Westerschelde en eieren van hobbykippen in heel Nederland.

Van Leeuwens werk draait om het analyseren van chemische stoffen in het milieu en ons voedsel. Het gaat bijvoorbeeld om bestrij­dingsmiddelen, vlamvertragers, pcb’s en dioxinen. Van Leeuwen: ‘Dat zijn allemaal persistente stoffen, die moeilijk afbreken en daardoor lang blijven bestaan. PFAS zijn wat dat betreft het toppunt van persistentie. De combinatie van koolstof en fluor maakt PFAS enorm stabiel. Als je die zou willen afbreken, moet je een verbrandingsoven op­stoken tot 1200 graden voordat ze helemaal uit elkaar vallen.’

Overal sporen

De vuil-, vet- en waterafstotende eigenschap­pen van deze forever chemicals maken ze handig als coating op verpakkingspapier, kleding, schoenen, meubels en tapijt. Verder zijn PFAS grondstoffen voor het maken van anti-aanbakpannen, smeermiddelen, pesticiden en hittebestendig blusschuim van de brand­weer. Sinds de jaren vijftig zijn PFAS wereld­wijd op grote schaal toegepast en daardoor vind je er overal sporen van terug: in huisstof, tuingrond en oppervlaktewater. Als je nauw­keurig meet kun je bij iedereen wel wat PFAS in het bloed aantonen: als je het binnenkrijgt, plas je de meeste PFAS vrijwel niet meer uit.

In laboratoriumanalyses springen er een paar soorten veelgebruikt PFAS uit, vooral PFOS en PFOA. Er zijn veel meer soorten PFAS: alleen al in de Europese chemicaliën­registratie (REACH) zijn ruim vijfhonderd verschillende PFAS aangemeld door de industrie. Maar die kunnen nog niet alle­maal worden gemeten in het laboratorium, zegt Van Leeuwen. ‘We weten dat er veel meer moeten zijn, want een aantal hebben we ook in ons onderzoek aangetoond. Het exacte aantal is onbekend en we weten ook niet in welke concentraties ze voorkomen.’

Ongeveer vijf jaar geleden heeft het Europese voedselveiligheidsagentschap (EFSA) op basis van onderzoek geconcludeerd dat bloot­stelling aan een viertal veel voorkomende PFAS de werking van het menselijk afweersys­teem nadelig beïnvloedt. Van Leeuwen: ‘Met die kennis zijn nieuwe, veilige grenswaarden vastgesteld. Als je daaronder blijft, ben je er bijna zeker van dat er niets gebeurt. Omdat de nieuwe grenswaarden een factor tien lager liggen dan de oude kom je wel eerder in de gevarenzone, bijvoorbeeld via voeding.’

De nieuwe grenswaarden leidden in 2022 tot waarschuwingen aan omwonenden van Chemours in Dordrecht, een chemiebedrijf dat al decennia PFAS produceert. WFSR voerde analyses uit op de groenten en fruit uit moestuintjes in de omgeving. Het RIVM gaf vervolgens een risicobeoordeling: inwoners in Dordrecht, Papendrecht en Sliedrecht moeten zelf geteelde groenten vooral afwis­selen met aankoop uit de supermarkt. Dit jaar volgde hetzelfde advies voor heel Nederland voor eieren van hobbykippen: eet ze met mate en wissel af met doosjes uit de winkel.

Minieme hoeveelheden

Het meten van PFAS is niet eenvoudig, zegt Van Leeuwen. ‘Het gaat om minieme hoe­veelheden. In groenten uit Dordrecht gaat het om picogrammen PFAS per gram. Dat kun je vergelijken met anderhalve korrel suiker opgelost in een Olympisch zwembad. Er zijn ook laboratoriummaterialen die PFAS bevatten en dat kan je meting verstoren. Je moet dus heel bewust je materialen aan­schaffen voor je onderzoek.’

Van Leeuwen en collega’s ontwikkelen nieu­we laboratoriumtechnieken om een comple­ter inzicht te krijgen in PFAS-vervuiling in onder meer voeding en veevoer. Bijvoorbeeld met een chemische screening die het zogenoemde totale organisch gebonden fluorgehalte meet. Dat is een maatstaf voor PFAS, want in de natuur worden nauwelijks fluorhoudende stoffen gevormd. ‘Als het fluorgehalte veel hoger is dan wat je ziet aan bekende PFAS-soorten zoals PFOS en PFOA, dan weet je dat er ook iets anders moet zijn. Dat is aanleiding om verder te zoeken met massaspectrometrie.’

Garnalen en vis

In de Westerschelde zijn PFAS prominent aanwezig in onder andere garnalen en vis, blijkt uit onderzoek van Wageningen Marine Research. Deze vervuiling is afkomstig van wateren uit het dichtbevolkte Vlaamse achterland, onder meer door lozingen van fabrieken zoals 3M nabij Antwerpen.

Wat de PFAS-vervuiling doet met de natuur is nog grotendeels onduidelijk, zegt marien bio­loog Martine van den Heuvel van Wageningen Marine Research. ‘PFAS zijn relatief nieuw in de ecotoxicologie. Bovendien gedragen deze stoffen zich anders dan de klassieke vervuilende stoffen zoals pcb’s. PFAS plakken aan eiwitten en celmembranen, terwijl pcb’s in lichaamsvet gaan zitten. Daardoor kunnen we minder gebruikmaken van bestaande eco­toxicologische kennis. Wat we wel weten uit onderzoek aan mensen en proefdieren is dat PFAS niet zozeer acuut giftig zijn, maar vooral op de langere termijn subtiele effecten kun­nen geven, zoals een minder goed werkend immuunsysteem, een lager geboortegewicht en verstoring van schildkierhormonen. Dat kun je niet makkelijk zien of meten. Er zijn dus langlopende studies nodig om te bepalen of planten en dieren er last van hebben.’

Zorgen over PFAS-vervuiling leidde in 2021 tot uitgebreid Wagenings onderzoek in de Westerschelde in opdracht van de provin­cie Zeeland. Er is gemeten in mosselen, oesters, garnalen en enkele vissoorten, zoals zeebaars en bot. Verder werden zee­groenten geanalyseerd, zoals lamsoor. De onderzoeksresultaten waren voor het RIVM aanleiding voor het advies om onder meer niet meer dan twee keer per jaar een portie zelf gevangen bot of garnalen uit de Westerschelde te eten, voor mosselen en oes­ters is dat maximaal zeven keer per jaar; in schelpdieren liggen de PFAS-gehaltes lager.

Ophopen in voedselweb

De analyses laten zien dat niet alle diersoor­ten in dezelfde mate PFAS opnemen. De leefomgeving, het voedsel en de plaats in het voedselweb spelen daarbij een rol, want sommige PFAS hebben de neiging zich op te hopen. Van den Heuvel: ‘PFAS bestaan uit stoffen met korte en lange koolstofketens; de korte zijn meer wateroplosbaar, de langere minder. PFAS met lange ketens hechten meer aan organisch materiaal in de bodem en kun­nen ook eerder ophopen in een voedselweb. We zijn nu bezig met onderzoek in verschil­lende soorten organismen, zoals wormen die in de bodem leven, om te zien hoe deze stof­fen worden doorgegeven in het voedselweb en welke gevolgen dat kan hebben.’

Nederland heeft in 2023 samen met Duitsland, Denemarken, Noorwegen en Zweden een voorstel ingediend bij het Europees Chemicaliën Agentschap (ECHA) voor een verbod op PFAS. De uitwerking daarvan, inclusief eventuele uitzonderingen, gaat nog minstens drie jaar duren, maar dui­delijk is wel dat in Europa het grootschalig PFAS-gebruik op zijn einde loopt.

‘Verbieden en uitfaseren kan niet zonder vervanging. PFAS zit niet voor niets in al­lerlei producten en processen’, zegt Jacco van Haveren programmamanager Safe and CircularBiobased Products bij Wageningen Food &Biobased Research. Hij houdt zich al langer bezig met vervanging van probleemstoffen,zoals acrylaat in verf en weekmakers in kunststoffen. ‘Je moet op zoek naar andere chemische stoffen of nieuwe materialen die de functie van PFAS kunnen overnemen. Voor dat probleem is veel te weinig aandacht’, zegt hij.

‘Soms worden PFAS gebruikt als een soort zeep of schoonmaakmiddel en dat is relatief makkelijk te vervangen. Maar in bescher­mende coatings van leidingen in de indus­trie is dat minder eenvoudig, net als bij de productie van medicijnen of de fabricage van chips en hightech elektronica. We proberen in gesprekken met de industrie een beter beeld te krijgen van die enorme diversiteit aan toepassingen.’

Veel van de handige eigenschappen van PFAS, zoals het beschermen van karton en papier, zit in de fluorstaart. Die structuur kun je niet eenvoudig namaken met andere chemische bouwstenen, zegt Van Haveren. ‘Fluorverbindingen zijn tegelijkertijd wa­terafstotend en vetafstotend en ze reageren vrijwel nergens mee. Die combinatie van eigenschappen vind je in vrijwel geen ander materiaal.’

Wolvet als alternatief

Zijn groep gaat de komende jaren samen met de Universiteit van Amsterdam en het RIVM kijken naar het biologisch afbreek­bare lanoline uit wolvet als mogelijk PFAS-alternatief voor het waterafstotend maken van regenkleding. ‘De vraag is of je het als basis kunt nemen om vervolgens de eigen­schappen te optimaliseren, of als voorbeeld om andere moleculen te maken die op lano­line lijken, met nog betere eigenschappen.’

Volgens Van Haveren is het vinden van vol­waardige PFAS-alternatieven waarschijnlijk niet realistisch. ‘Misschien moeten we wat inleveren op kwaliteit. PFAS vervangen is toch wel een van de allermoeilijkste uitdagin­gen waar we voor staan. Als water afstoten de belangrijkste eigenschap moet zijn, dan kun je misschien accepteren dat de vetafstotende eigenschappen iets slechter uitpakken.’

Nieuw PFAS-filter

PFAS laten zich zeer lastig vangen. Drinkwaterbedrijven gebruiken daarvoor kolos­sale filters met actieve kool. De filters moeten geregeld worden vervangen en de kool wordt als chemisch afval afgevoerd: een kostenpost van miljoenen euro’s per jaar. Een internationaal team onder leiding van Fedor Miloserdov en Han Zuilhof van het Laboratorium voor Organische Chemie publiceerde in april onderzoeksresulta­ten die zicht geven op een alternatief. De onderzoekers slaagden erin om met spe­ciale ringvormige moleculen (pillararenen) efficiënt PFAS uit water te verwijderen.

Dat dit nieuwe materiaal zo goed werkt, komt door twee mechanismen die elkaar versterken, vertelt Zuilhof. ‘Pillararenen hebben vijf plaatsen met een positieve lading en die trekken de negatief geladen kant van PFAS aan. De fluorstaarten van de PFAS-moleculen trekken ook elkaar onderling aan, wat de binding extra sterk maakt. Vervolgens kunnen we de PFAS in een klein volume concentreren. Je hoeft het filtermateriaal alleen even te spoelen met een beetje alcohol, waarna je de PFAS kunt vernietigen.’ Het patent op deze vinding heeft Zuilhof overgedragen aan onderzoekscentrum Wetsus, dat deze waterzuiveringstechnologie samen met WUR en het bedrijfsleven verder wil ontwikkelen.