En underjordisk reservoar i Danmark är platsen för ett unikt experiment:att testa en teknik som hjälper till att befria miljön från en utbredd giftig förorening.
Akvifären, nära staden Korsør, innehåller höga halter av per- och polyfluoralkylämnen, eller PFAS, som är kemikalier som har använts över hela världen sedan 1940-talet i hundratals varor, inklusive brandskum. Kemikalierna förorenade Korsør-reservoaren genom avrinning från en närliggande brandskola som använde sådana skum i träningsövningar.
PFAS har berört forskare sedan åtminstone 1990-talet. Kända som "för evigt kemikalier", de bryts inte ner naturligt och kan inte avlägsnas från förorenad jord och vatten med någon befintlig metod. De ökar också risken för cancer, störningar i immunsystemet och andra mänskliga hälsoproblem.
"PFAS är ett enormt problem", säger professor Francesco Dondero, en ekotoxikolog vid University of Eastern Piemonte i Italien. "De är inte bara mycket beständiga i miljön, utan de är också extremt mobila."
Dondero leder ett forskningsprojekt som syftar till att förbättra PFAS-detektering och borttagning i Europa och utanför. Projektet, som kallas SCENARIOS, pågår i fyra år till och med oktober 2025 och har utvecklat tekniken som testas i Korsør.
Eftertraktad av tillverkare för sin förmåga att stöta bort olja och vatten, PFAS är en vanlig del av livsmedelsförpackningar, vattentäta kläder och fläckbeständiga tyger. Tillverkning av den populära non-stick beläggningen av köksutrustningen Teflon släpper ut PFAS i miljön.
De unika egenskaperna hos PFAS är ett resultat av deras kemiska struktur, vars kärna är kedjor av kolatomer av olika längd omgivna av fluoratomer.
Kol-fluorbindningen är extremt stark och svår att bryta. Som ett resultat kvarstår PFAS i miljön i hundratals—kanske tusentals—av år.
"De typer av PFAS med längre kolkedjor kan delvis avlägsnas från jord och vatten, men vi har för närvarande inga verktyg för de kortkedjiga," sa Dondero. "Källor till PFAS-föroreningar är också mycket diffusa och vi har inga möjligheter att övervaka dem."
PFAS släpps ut över hela världen med avloppsvatten från kemiska anläggningar – men inte bara.
De läcker från soptippar och förorenar marken och ytvattnet. Forskare har upptäckt dessa skadliga kemikalier i arktiska istäcken, bröstmjölk och dricksvattnet i många större städer.
Även om några av de farligaste typerna av PFAS redan har förbjudits, är många fortfarande i bruk. Som ett resultat fortsätter deras koncentrationer i miljön att öka.
Donderos intresse för PFAS uppstod efter att han flyttade till Alessandria, en stad i nordvästra Italien med en stor kemisk fabrik.
"Jag flyttade hit min familj för 20 år sedan och upptäckte då att lokala vattenresurser har förorenats med PFAS", säger Dondero. "De hittade till och med PFAS i blodet på lokalbefolkningen. Det är därför jag satte ihop det här projektet."
SCENARIOS samlar universitet, forskningsinstitut, medicinska centra och företag från 11 länder:Cypern, Danmark, Finland, Tyskland, Grekland, Israel, Italien, Luxemburg, Spanien, Sverige och Storbritannien.
Testerna i Korsør representerar en kulmen på projektets arbete.
Forskarna har gått samman med ett svenskt företag, Envytech Solutions, för att utveckla ett sätt att ta bort kortkedjiga PFAS utan att skapa andra föroreningar i processen.
Tekniken, som kallas Surface Active Foam Fractionation, eller SAFF, bygger på små luftbubblor. Forskare pumpar och behandlar förorenat vatten från akvifären till en tank och blåser in luft i botten. När bubblorna stiger genom tanken samlar de upp de vattenavvisande PFAS-molekylerna och för dem till ytan.
"Dessa luftbubblor har enorm affinitet till PFAS och ökar deras koncentrationer på ytan med en faktor på 100 000, vilket i slutändan gör att det slutliga PFAS-avfallet kan koncentreras till nivåer som överstiger en miljon gånger," sa Dondero.
Demonstrationen startade i februari 2024 och kommer att pågå till september.
Forskarna testar olika ämnen som skulle kunna tillsättas vattnet för att förbättra effektiviteten i borttagningsprocessen, särskilt med avseende på det svåra att hantera kortkedjiga PFAS.
Hittills är resultaten lovande. I vissa fall kunde systemet ta bort mer än 99 % av kontamineringen, enligt Dondero.
Nästa steg blir för forskarna att undersöka hur man förstör det koncentrerade PFAS-avfallet på ett säkert sätt.
"För närvarande skulle det räcka om vi bara kan lagra det någonstans tills destruktionstekniken är utvecklad," sa Dondero.
SCENARIOS är en del av ett kluster av hälsoforskningsprojekt som stöder den europeiska gröna avtalet och främjar en EU-handlingsplan för noll föroreningar från 2021.
Planen förutser att koncentrationerna av farliga föroreningar i luft, mark och vatten år 2050 minskar till nivåer som inte längre anses vara skadliga för hälsan och naturliga ekosystem.
Som en del av strategin bör PFAS fasas ut såvida inte användningen av dem anses nödvändig.
Men att skapa en giftfri, nedbrytbar och prisvärd ersättning är ingen lätt uppgift.
"I naturen finns det inget annat alternativ som ger dig den typ av egenskaper som PFAS har", säger Dr. Miika Nikinmaa, en biomaterialforskare vid VTT Tekniska Forskningscentrum i Finland. "De är också mycket kostnadskonkurrenskraftiga."
Nikinmaa leder ett EU-finansierat projekt för att utveckla säkra och hållbara alternativ till PFAS för användning i livsmedelsförpackningar och klädsel.
Det treåriga projektet, som kallas ZeroF, ska pågå till slutet av 2025.
För förpackningsapplikationer experimenterar forskarna med fettsyramodifierad cellulosa tillsammans med nya beläggningsmetoder och kemi för att producera de önskade egenskaperna för resistens mot vatten och olja.
"Vi har varit ganska framgångsrika med att skapa vattenbarriärfunktionen," sa Nikinmaa. "Oljebarriären är svårare. Men det svåraste är att uppnå båda samtidigt."
För att ersätta PFAS i textilier och klädsel prövar forskarna en typ av organisk-oorganisk polymer som kallas ORMOCER. Den har utvecklats av det tyskbaserade Fraunhofer Institute for Silicate Research, som är en ZeroF-partner.
Materialet kan kombineras med olika beläggningar för att så nära som möjligt matcha egenskaperna hos PFAS.
Vid slutet av projektet hoppas forskarna ha utvecklat och testat säkra och hållbara PFAS-alternativ som inte skulle vara mer än 20 % dyrare.
Icke desto mindre säger Nikinmaa att för att övervinna PFAS-kontamination kommer det att krävas hjälp från politiska beslutsfattare i Europa genom nya regler, inklusive eventuella bredare förbud.
"Jag förväntar mig inte att ett stort tekniksprång kommer att ske som skulle göra det möjligt för oss att ersätta PFAS i alla applikationer, på ett kostnadskonkurrenskraftigt sätt, inom en snar framtid utan större förändringar i lagstiftningen", sa han. "De är helt enkelt för kostnadseffektiva och för bekväma. Alla nya teknologier är mer komplexa och därför dyrare."
Dondero från SCENARIOS körde hem poängen genom att säga att strängare förbud mot PFAS behövs.
"Vi måste börja införa restriktioner för att tvinga branschen att fasa ut dem", sa han. "Vi kommer inte att kunna förbjuda dem i alla branscher samtidigt, men vi måste börja någonstans."
Mer information:
Tillhandahålls av Horizon:The EU Research &Innovation Magazine
