Onder de kop “Not-so-forever chemicals” schrijft Aaron Clark in de nieuwsbrief Bloomberg Cleaner Tech van 13 maart 2025 over recente startups die proberen een methode te vinden om PFAS, en andere microverontreinigingen, in waterig milieu af te breken.
Hoewel Bloomberg, als kapitalistisch adviesbureau, de ontwikkeling vanuit een startup-perspectief aanvliegt, is de ontwikkeling uiterst interessant en van groot belang.
Men zou zich kunnen voorstellen dat Nederland, of eventueel Europa, de oplossing van het PFAS- (en pesticiden- en medicijnresten-) een dermate essentiële overheidstaak vindt dat men een licentie op de uitvinding aanvraagt voor een overheidsbedrijf.
Inleiding
Er wordt al decennia, en op allerlei plaatsen. gezocht naar methoden om de verdere PFAS-vervuiling te voorkomen, en om bestaande vervuiling ongedaan te maken.
Een eerste onderscheid is dat sommige methodes PFAS alleen verplaatsen (bijvoorbeeld van industrieel afvalwater in een koolfilter, waarna je met dat koolfilter zit), en dat andere methodes proberen de chemische verbinding daadwerkelijk af te breken.
De afbraakmethodes evolueren van primitief (bij 1000 of 1300°C verbranden tot steeds beter chemisch. Maar ook die chemische methodes zijn niet perfect en/of onpraktisch. Met bijvoorbeeld gammastralen krijg je best wel PFAS kapot, maar dat is niet praktisch voor de grote schaal.
Veel research zit nog in de lab-fase, en biedt geen onmiddellijk bruikbaar initiatief.
Het centrale probleem bij PFAS is dat de koolstof-fluorband de sterkste chemische verbinding in de natuur is. De evolutie heeft geen mechanisme ontwikkeld om die band te breken.
Vandaar dat er lomp chemisch geweld nodig is. De scheikunde vindt dat in ‘radicalen’ – dat zijn moleculen die op ongewone wijze een elektron teveel of te weinig hebben. Die radicalen zijn instabiel en uiterst reactief en storten zich daarbij op nabije chemische verbindingen, ook op de koolstof-fluorband en op de koolstof-koolstofband.
En op allerlei andere banden, want ook medicijnresten en pesticiden moeten afgebroken worden. Maar ik vertel het verhaal nu hier alleen voor PFAS, want anders wordt het, nog meer dan nu, een scheikundeles.
Microfoam (foto van de website van Gradiant)
Bloomberg noemt twee startups die feitelijk leveren bij naam (maar er zijn er meer): Gradiant Corp ( https://www.gradiant.com/solutions/pfas-and-contaminants/ ) uit de buurt van Boston (USA) en Oxyle AG uit Zwitserland ( https://oxyle.com/ ). Vervolgens besteedt Bloomberg de meeste tekst aan Oxyle en dat ga ik ook doen, want volgens mij heeft Oxyle AG het betere procedé.
Oxyle AG is opgericht door mevrouw Fajer Mushtaq uit Delhi (nu CEO) en meneer Silvan Staufert uit Zwitserland. Ze kennen elkaar van de gerenommeerde ETH in Zürich, van waaruit Oxyle in 2020 is opgericht.
Zij bracht kennis van nanokatalysatoren in, en hij van materialen en sensoren.
Inmiddels hebben ze samen enige tientallen miljoenen voor hun bedrijf binnengehaald.
Een interview met beiden is te vinden op interview
De website vertelt veel over de eerste (zeer goede) prestaties, maar blijft tamelijk vaag over hoe het werkt.
Op https://oxyle.com/resources/customer-stories/oxyle-restores-groundwater-with-comprehensive-pfas-treatment-system kun je gratis een paar geval-beschrijvingen bestellen. Bovenstaande afbeelding komt van een klant waar de bodem verontreinigd was met blusschuim van brandweeroefeningen. Het bericht dateert van augustus 2024.
Het inkomende grondwater zal eerst wel een klassieke voorbewerking gehad hebben (zeef, bezinking enz) en bevatte, opgeteld over zes PFAS-soorten, 752ng/liter.
In de eerste trap van de installatie wordt het water gevoed met talloze hele fijne luchtbelletjes. Daardoor ontstaat schuim en omdat PFAS heel erg graag in het grensvlak lucht-water zit, komt de PFAS onevenredig verrijkt in dat schuim terecht (dat is trouwens, dit terzijde, dat er laatst in de krant stond dat er in zeeschuim onevenredig veel PFAS zit).
Het schuim bevat 8776ng/liter (veel meer concentratie in veel minder materie); het afgeschuimde water bevat PFAS onder de detectiegrens (samen <4ng/liter) en kan zonder verdere bewerking geloosd worden.
Het schuim gaat naar de tweede trap, waar de feitelijke Katalytische Destructie plaatsvindt. Hierover verderop meer. Resultaat is een eindproduct dat (in dit geval) bestaat uit CO2 , <14ng/liter overgebleven PFAS, en water met fluorideionen dat geloosd mag worden (waarschijnlijk met wat nabewerking want het zou wel eens erg zuur kunnen zijn).
De derde trap is een gekoppeld meetsysteem dat het hele proces live in de gaten houdt.
Het geheel vroeg 1kWh stroom per m3 inkomend water, naar eigen zeggen ruim 15 maal minder dan bij de concurrent. Om hoeveel m3 water het ging, vermeldt het verhaal niet.
En ook niet hoeveel het kostte.
Een andere klantervaring gaat over PFAS-soorten en een dozijn pesticiden. Ook daar goede prestaties.
Het systeem wordt afgeleverd in een zeecontainer. Volgens Oxyle werkt dit soort werk het beste op decentrale locaties).
En toch, hoewel het aangenaam is om te schrijven over wat een succesverhaal lijkt te zijn, ik kan niet velen dat ik schrijf over iets waar ik de principes niet goed van snap. Want waar komen die radicalen vandaan, waarmee dit verhaal begint? Als je enig begrip wilt opbouwen, moet je in de literatuur gaan zoeken.
De officiele patenten van Oxyle zijn voor een niet-ingewijde niet om door te komen (ik heb het geprobeerd).
Nature Communications heeft ( https://doi.org/10.1038/s41467-021-23921-3 ) een bruikbare afbeelding om de hoofdzaak te snappen (hierboven)
Een artikel (met allemaal Chinese auteurs) komt volgens mij erg dicht bij wat Oxyle doet. Het heet “Piezocatalytic Foam for Highly Efficient Degradation of Aqueous Organics” en is te vinden op https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202000011 .
Essentieel is dat er piezoelektrische deeltjes aanwezig zijn. Dat zijn deeltjes die aan weerszijden in het deeltje een elektrische lading opbouwen als ze vervormen. Dat geeft een elektrisch veld dat heel sterk kan zijn, en dat zorgt voor het ‘lompe geweld’ op de zeer korte afstand. Het sterke elektrische veld trekt tegengesteld geladen deeltjes naar zich toe, Die treden in wisselwerking met passerende ionen of molekulen. Het in water gangbare OH–ion wordt het radicaal *OH (dat zo gauw mogelijk zijn elektron terug wil en dus krachtig oxiderend werkt) en het gangbare molecuul O2 (zuurstof) wordt O2– (superoxide). Dat wil zo snel mogelijk zijn elektron weer kwijt en werkt dus reducerend. Beide werkingen zijn heftig en kunnen een chemische binding verbreken.
Er moet iets zijn wat dat piezodeeltje vervormt. In de afbeelding is dat ultrageluid, maar het kan bijvoorbeeld ook de spontane turbulentie van het water zijn. En soms werkt het met magneetvelden. Soms ook werky belichting aanmoedigend.
Niet voor niets markt Oxyle op dat elk afvalwater weer anders is, en dat je maatwerk moet kunnen leveren. Met verschillende bronnen heb je knoppen om aan te draaien.
In alle gevallen werkt het effect alleen op de korte afstand en dus moeten de piezodeeltjes zo dicht mogelijk op het vervuilde water zitten. Maar als ze los zweven, spoelen ze gewoon weg bij het leeg laten lopen van het opgeschoonde water.
De truc is om ze vast te zetten in een teflonachtige polymeer met nanoholtes, die liefst zelf ook piezo-actief is. Vandaar de grotcomplexen van Oxyle.
Het luistert nauw hoe je dat allemaal doet en dat ligt dus vast in de patenten van Oxyle.
Snap ik het toch een beetje.