Ball milling: de heilige graal om PFAS echt te vernietigen?

Om met PFAS verontreinigd water weer geschikt te maken voor bijvoorbeeld consumptie, moeten de beruchte ‘forever chemicals’ eruit worden verwijderd. Dat gaat tegenwoordig behoorlijk goed, zegt Jaïr Dan, projectleider bij Witteveen+Bos. “Alleen: het daadwerkelijk vernietigen van die PFAS, dat lukt nog niet echt.” In samenwerking met de waterschappen en Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) ontwikkelde het ingenieursbureau in de voorbije jaren een techniek om PFAS definitief te vernietigen door middel van ball milling. “Het staat nog in de kinderschoenen, maar we willen nu het lab uit. Het werkt namelijk echt.”

Vernietigen om recirculatie te voorkomen

De concentraties PFAS in oppervlaktewater zijn in Nederland al jaren te hoog. De Inspectie Leefomgeving en Transport meet geregeld concentraties die tot wel 400% boven de Europese richtlijnen liggen, met alle negatieve gevolgen van dien: risico’s op gezondheidsschade, oplopende kosten van waterwinning en toenemende complexiteit bij waterzuivering. Met de bestaande technieken om PFAS uit water te verwijderen, wordt de PFAS over het algemeen afgevangen in actiefkool, legt Dan uit. Als projectleider bij Witteveen+Bos staat Dan aan het roer van de ontwikkeling van de ball milling-techniek, die een antwoord moet vormen op de tekortkomingen van die bestaande technieken.

Want eenmaal afgevangen in actiefkool, is de PFAS nog niet weg. “Om het definitief te vernietigen, moet dat actiefkool worden verbrand in een speciale verbrandingsoven. Maar in de praktijk zien we dat die verbranding vaak onvolledig is, omdat de benodigde hoge temperaturen niet worden bereikt.” Bij onvolledige verbranding van het met PFAS doordrenkte actiefkool komt de PFAS aan het eind van de rit ‘gewoon’ weer in het milieu terecht. “Kortom: recirculatie. We zijn dan in feite het PFAS-probleem aan het verplaatsen, en niet aan het oplossen.”

Drietrapsproces

Het bijzondere aan de ball mill is dat het de traditionele verbrandingsoven, waar hoge temperaturen noodzakelijk zijn, buitenspel zet. PFAS-vernietiging met de ball mill werkt in drie stappen, licht Dan toe. “Met een speciaal adsorptiefilter, DEXSORB, zijn we in staat om PFAS-moleculen uit het water te filteren.” Tot zover geen grote verschillen met de actiefkool-methode. “Uit dat filter kunnen we vervolgens de droge stof met een zeer hoge concentratie PFAS onttrekken.” Naast PFAS zitten er ook metalen en andere verbindingen in de droge stof. Het geheel kan vervolgens in de ball mill, het innovatieve apparaat dat het kloppende hart van de nieuwe techniek vormt. Dan: “De ball mill is eigenlijk een kogelmolen die werkt op basis van een eenvoudige techniek. Het apparaat bestaat uit een aantal maalpotten met kleine, roestvrijstalen balletjes erin. Daaraan voegen we kaliumhydroxide toe. Vervolgens gaan de maalpotten malen waardoor de balletjes langs elkaar schuren.” Tijdens dat proces ontstaat hitte door kinetische energie. Die energie, in combinatie met de kaliumhydroxide, zorgt voor afbraak van de PFAS. “Het eerste prototype, de TRL 4, haalt nu al een PFAS-reductie van 98%.”

Rendement: 98% reductie in eerste prototype

Het berekenen van het exacte rendement kan op verschillende manieren. Dat komt doordat PFAS niet één stof is, maar een verzamelnaam voor meer dan 10.000 verschillende chemische verbindingen. “In onze tests zien we dat de ball mill 94% van alle organisch gebonden fluor afbreekt”, zegt Dan daarover. Fluor is het element dat alle PFAS gemeen hebben – vandaar de F in PFAS. “Door naar organisch gebonden fluor te kijken, krijgen we zicht op een veel bredere groep PFAS dan alleen de 40 PFAS die standaard worden gemeten.” Zoom je in op die bekende PFAS uit het standaardmeetpakket, dan ligt het rendement momenteel dus op zo’n 98%.

Duurzamer dan bestaande technieken

Maar dat hoge rendement is niet het enige sterke punt van de ball mill: het apparaat verbruikt ook minder energie dan de verbrandingsovens die momenteel in gebruik zijn. “De ball mill zelf vergt bijna geen energie: hij werkt gewoon op 230 volt.” Vergeleken met een verbrandingsoven die tot ver boven de 1000 ºC moet worden opgestookt, is dat een enorme energiebesparing. “Om de droge stof te creëren die in de ball mill gaat, hebben we wel wat meer energie nodig. Hoeveel energie dat precies vraagt, is nog onderwerp van onderzoek.” Uit een haalbaarheidsstudie die Witteveen+Bos deed, bleek echter al wel dat de destructieroute via de ball mill naar verwachting energiezuiniger is dan de huidige verwerkingsroute. Een vervolgstudie waarin dit verder onderzocht en onderbouwd wordt, is momenteel in volle gang.

Nadruk blijft op bronaanpak

Zetten de waterschappen in de toekomst dan gewoon bij elke zuiveringsinstallatie een paar ball mills neer? Dat is niet de insteek, zegt Dan. “Een efficiënt werkende PFAS-destructieketen is heel mooi, maar de nadruk moet blijven liggen op bronaanpak.”

Kortom: het in circulatie laten komen van PFAS moet nog altijd worden teruggedrongen. Tot nu toe is de ball mill alleen nog in een gecontroleerde omgeving getest, maar de volgende fase brengt het project naar de buitenlucht, blikt Dan vooruit. “Dan gaan we opschalen en testen met meer verschillende watermatrixen: afvalwater, drinkwater, enzovoorts. Over een half jaar verwachten we daarvan de eerste resultaten.” Wordt de ball mill dan de heilige graal die voorgoed korte metten maakt met PFAS-verontreiniging? “Ik geloof niet in één oplossing voor alles, maar de ball mill is zeker een technologie die een extra stuk gereedschap in de toolbox van PFAS-bestrijding kan worden.”