Deze uitvinding kan zeer zorgwekkend PFAS eenvoudig en goedkoop uit het water filteren

Brugman woont al heel zijn leven in Dordrecht, dus onder de rook van PFAS-uitstoter Dupont, later veranderd in Chemours. Dat chemiebedrijf kwam via reportages in het AD en daarna van tv-programma Zembla landelijk in het nieuws omdat het al decennia lang de omgeving vervuilt met de chemische stof, die gevaarlijk is voor mens en milieu. “Al die negatieve verhalen die ik hierover las hebben een hele grote rol gespeeld in mijn onderzoek”, zegt hij.

Eerste prototype

Op tafel ligt een groene, geo-textiele zak met houtsnippers. Voor Brugman (30) was dit het eerste prototype van zijn vinding: een bio-filter om PFAS uit oppervlaktewater en industriële lozingen te filteren. “Ik ben fan van simpele techniek. Als de basis makkelijk is, is het snel uit te breiden. In dit geval was het idee om iets laagwaardigs zoals houtsnippers op te waarderen tot een hoogwaardig product”, zegt hij.

PFAS is negatief geladen

Brugman behaalde na zijn bachelor farmaceutische wetenschappen een master in scheikunde aan de universiteit van Leiden. Tijdens die laatste studie focuste hij zich op de interactie tussen negatief geladen moleculen. PFAS bevat fluoratomen en die zijn voor een deel negatief geladen. “De staart van PFAS is zeg maar negatief geladen. Daardoor kun je die moleculen er met positief geladen deeltjes uit filteren”, legt hij uit.

Houtsnippers positief laden

Door houtsnippers uit gemeentelijk groenafval te activeren, worden ze positief geladen en blijft PFAS eraan vastplakken. “Hoe ik dat doe, dat is het geheim van de smid”, stelt hij. “Die actief geladen houtsnippers kun je in een zak in het water leggen, maar dan haal je maar een klein deel van de PFAS eruit. Je kunt het water ook oppompen en door het filter laten stromen. PFAS is waterafstotend en blijft daardoor vaak aan de oppervlakte van het water drijven. Mijn idee is om een soort stofzuigerzak te maken in een mobiele zeecontainer, waar de bovenste laag van het oppervlaktewater doorheen wordt gepompt en gezuiverd. Dan is de PFAS-concentratie op zijn hoogst en kun je het er efficiënter uit filteren.”

Hij bekijkt ook andere toepassingen. Zo zou de filterzak als een groot sleepnet achter schepen aan getrokken kunnen worden om PFAS aan het wateroppervlak eruit te halen. Ook kijkt hij naar andere type filters. “Ik heb een boekje vol ideeën. Ik zie mezelf als een Willie Wortel”, vertelt hij.

Andere methoden duur

Momenteel wordt PFAS op verschillende manieren uit drinkwater, grondwater of industrieel afvalwater gehaald. Een waterbedrijf als Oasen, waarvan de klanten onder de rook van Chemours wonen, gebruikt hiervoor bijvoorbeeld een membraanfiltertechniek waarbij met PFAS vervuild grondwater door hele kleine gaatjes wordt geperst. Het PFAS blijft achter in de membraan. Een andere methode is actief kool, waarbij een speciaal behandelde koolstof door adsorptie allerlei stoffen aan zich bindt. Dat wordt in vele zuiveringsprocessen toegepast. Het nadeel van deze methoden is volgens Brugman dat ze duur zijn en dat er na behandeling relatief veel PFAS-houdend afval overblijft. “Mijn filter is simpeler, goedkoper en produceert minder afval”, zegt hij.

De moeite waard

Volgens professor organische chemie Han Zuilhof van de Universiteit Wageningen (WUR) verdient het idee van Brugman aandacht. “Het PFAS-probleem is heel groot. Er wordt heel veel geprobeerd en het is goed als er vanuit heel diverse perspectieven naar gekeken wordt.

PFAS zijn negatief geladen, dus als er op de een of andere manier een positief geladen oppervlak kan worden gemaakt, dan bindt PFAS daar aan. De sterke kant van dit filter is natuurlijk de oorsprong: houtsnippers. Het is zeker de moeite waard om daar verder onderzoek naar te doen”, zegt hij.

Nieuw prototype

Volgens de hoogleraar dreigen dit soort filters echter vervuild te worden door andere stoffen in het water die ook negatief geladen zijn. “Vaak in veel hogere concentraties dan PFAS. Die wil je niet in je filter”, zegt Zuilhof. Daar kwam Brugman tijdens zijn pilots ook achter. Daarom is hij een nieuw prototype aan het ontwikkelen. In plaats van zakken gebruikt hij daarbij waterskimmers, dezelfde die ingezet worden om drijvende olielekkages op water te verwijderen. “Daarmee haal ik alleen de toplaag weg. Die laat ik dan door een zandfilter lopen”, zegt Brugman. “Ook ben ik in gesprek met een partij om nanobubbels te gebruiken om meer PFAS-vervuiling naar de oppervlakte te halen.”

Goed om te proberen

Zuilhof vraagt zich ook af of de concentraties PFAS in het filter hoog genoeg zijn. Volgens Brugman werkt zijn filter met de huidige concentraties in het water goed, maar geldt: hoe hoger de concentratie hoe beter. Verder vraagt de professor zich af welke PFAS worden verwijderd. “De ene PFAS is de andere niet”, zegt hij. “Kortom: er is nog veel niet bekend, maar zo’n vinding kan wellicht een bijdrage leveren. Goed om te proberen”, zegt Zuilhof. “Voor wetenschappers is het, als zulke data te zijner tijd beschikbaar komen, dan weer interessant om te kijken waar de werking nu vandaan komt, en op basis van dat inzicht te kijken hoe je het nog beter kunt maken.”

Afvalprobleem

Volgens dr.ir. Roberta Hofman, senior wateronderzoeker bij kennisinstituut KWR, worden technologieën zoals die van Brugman vaker toegepast. Naast de vervuiling van de filters ziet zij nog een probleem: wat doe je met het volle filter? “Als je dat niet bij heel hoge temperaturen verbrandt, boven circa 1200 graden Celsius, dan gaan de PFAS niet stuk en breng je ze dus weer opnieuw terug in het milieu. Er is in Nederland geen afvalverwerker die dat kan. De dichtstbijzijnde zit in Antwerpen”, zegt ze.

Minder afval

Dat is Indaver en daar wil Brugman zijn afval ook heen brengen. “In elk geval produceert mijn methode minder afval dan actieve kool”, zegt hij. Hofman betwijfelt dat. “Actieve kool heeft een enorm oppervlak en daardoor een hoge adsorptiecapaciteit, veel hoger dan houtsnippers. En actieve kool kun je tien keer reactiveren. Houtsnippers moet je na één keer verbranden. Maar het is een goede poging”, stelt ze.

Kogelmolen

Brugman is ook andere methoden aan het bekijken die PFAS kunnen afbreken, als alternatief voor verbranding. Veelbelovend zijn de studies naar de afbraak via een zogeheten kogelmolen. De botsingen en wrijvingen van de metalen kogels in die molen leveren energie. Gecombineerd met absorptiemateriaal worden de lange ketens van de PFAS verbroken. De Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) heeft een haalbaarheidsstudie naar deze methode gedaan, waarbij Hofman in de begeleidingscommissie zat. De studie toonde aan dat de kogelmolen 95 tot 99 procent van de PFAS vernietigt, technisch haalbaar is en een vier keer lagere CO2-voetafdruk heeft dan verbranding.

Een internationaal team heeft onlangs een onderzoek gepubliceerd in Nature, waarbij met de kogelmolen niet alleen PFAS wordt vernietigd, maar ook gerecycled kan worden. Daar gelooft Hofman niet zo in. “Dat hergebruik zie ik nog niet zo zitten. Het gaat meestal om nanogrammen PFAS per liter. Dat is niet veel. Bovendien moet je het dan nog concentreren en zuiveren”, zegt ze.

Genomineerd voor innovatieprijs

Brugman werd onlangs met zijn PFAS BioFilter genomineerd voor de regionale Scale Innovation Award en is nu op zoek naar investeerders of een co-founder om grotere installaties te kunnen bouwen en testen. “Ik denk echt dat hier toekomst in zit, maar gemeenten die ik het aanbied reageren nog niet”, zegt hij. “Over tien jaar zou deze methode in heel Nederland gebruikt kunnen worden om PFAS uit het water te halen.”

Zijn start-up heet Hydrogenium, het Latijnse woord voor waterstof. “Dat is het kleinste chemische element met de grootste impact op mens en natuur. Ik ben ook klein begonnen en hoop hetzelfde te doen”, zegt Brugman.

Lees ook:

• Bénédicte Ficq: ‘Ik trek het niet om te doen alsof het niet allang vijf over twaalf is’
• Canadese onderzoekers halen PFAS uit water: 'maar dit is niet dé oplossing'
• Bijzondere ontdekking: water zuiveren met behulp van fruitschillen
• 1 miljard petflesjes besparen voor 2030? Deze Nederlandse scale-up is goed op weg