Duurzaam alternatief voor verbranding van PFAS

Het begint met het meten van PFAS vervuiling. Vervolgens moet je deze uit de bodem of het water kunnen halen. Maar wat doe je er daarna mee? Vandaag komt PFAS vooral in verbrandingsovens terecht waar de temperatuur tot boven 1.200 °C (bij voorkeur zelfs 1.400 °C) kan worden opgedreven om de ketens effectief te vernietigen. Zo staan er geen in Nederland, wel één in Antwerpen. STOWA, het Nederlandse kenniscentrum van de regionale waterbeheerders, heeft daarom onderzoek laten uitvoeren naar een mogelijke nieuwe destructieroute voor PFAS. Die combineert afbraak van PFAS in een kogelmolen met chemisch regenereerbare absorbentia zoals DEXSORB. Een duurzamer alternatief.

Momenteel is de meest gangbare methode om PFAS (grotendeels) te vernietigen het verbranden van zwaar PFAS-beladen granulair actief kool (GAK), maar dit heeft beperkingen. Enerzijds is er de gelimiteerde capaciteit en beschikbaarheid van geschikte verbrandingsovens. Anderzijds is de afbraak van PFAS onvolledig, wat resulteert in depositie van PFAS in de omgeving. Een veelbelovende alternatieve methode is de mechanochemische af- braak van PFAS met behulp van een kogelmolen. De kogelmolen vernietigt PFAS waarbij de wrijving en botsingen tussen kogels de energie leveren. Deze energie in combinatie met hydroxide ionen creëert de reactieve condities die nodig zijn voor het opbreken van de PFAS-ketens. Deze techniek kan gekoppeld worden aan chemisch regenereerbare adsorbentia zoals zeolieten, GAK en cyclodextrines, onder andere DEXSORB®. De regeneratie gebeurde tijdens de haalbaarheidsstudie met een oplosmiddel bestaande uit een ethanol/watermengsel, waarbij de geadsorbeerde PFAS desorbeert van het DEXSORB granulaat. De regeneratie levert een water/ethanol stroom met opgeloste PFAS en overige gedesorbeerde microverontreinigingen. Het regeneraat wordt opgevangen, waarna de volgende processtappen gebeuren.

Destructierendement tot 99%

Aangezien de kogelmolen een droge stof nodig heeft, zijn binnen deze studie processtappen afgewogen om tot een volledige regeneratie en destructieroute te komen. De gekozen destructieroute bestaat uit concentratie- en indampingsstappen die het concept van Zero Liquid Discharge (ZLD) volgen: membraanfiltratie gevolgd door vacuümverdamping en een vergaande droogstap door middel van sproeidrogen. In deze haalbaarheidsstudie is bevestigd dat de kogelmolen een hoog destructierendement (95-99%) haalt bij de vernietiging van pure PFAS in het laboratorium. Het regeneratierendement van DEXSORB blijkt ook voldoende hoog bij een enkele regeneratiecyclus. Door meerdere regeneratie cycli uit te voeren wordt verwacht het adsorbens vrijwel volledig te kunnen regenereren (> 95%). De studie toont ook aan dat de nieuwe destructieroute technisch haalbaar is met een vier keer lagere CO2-voetafdruk ten opzichte van de verbranding van GAK; en daarmee dus veel duurzamer is dan de huidige verbrandingsroute. Bij een enkele regeneratie komt dit op 8,3 ton CO2/kg PFAS. Uit een gevoeligheidsanalyse blijkt dat dit resultaat ongevoelig is voor de onzekerheid die nog bestaat voor het energieverbruik tijdens de destructieroute. Het verschil komt voornamelijk voort uit het verschil in specifieke adsorptiecapaciteit tussen DEXSORB en GAK (g PFAS/kg adsorbens).

Volgende stappen

De begeleidingscommissie ondersteunt met een positief advies het starten van een praktijkonderzoek om het ‘Proof of Principle’ van de kogelmolen voor PFAS-destructie aan te tonen. Dit vervolg-onderzoek zal bestaan uit labonderzoeken dat is opgedeeld in twee fases. De eerste fase richt zich op PFAS uit een grondwatermatrix vanwege de relatief lage complexiteit en de beschikbaarheid van beladen DEXSORB. Hierin wordt de technologie onderzocht zonder interferentie van complexere matrices zoals deze in afvalwater (kunnen) voorkomen. De tweede fase richt zich op PFAS uit een communale afvalwatermatrix, een complexere matrix door mogelijke interferentie van andere microverontreinigingen of organische stof. Dit onderzoek wordt mogelijk gemaakt doordat beladen DEXSORB beschikbaar komt uit een pilot met DEXSORB op effluent van de communale RWZI Dordrecht. Op basis daarvan kan uiteindelijk een business case ontwikkeld worden waarin ook een objectieve kostenvergelijking mogelijk is.