“Forever chemicaliën”: wat zijn PFAS?

“Forever chemicaliën”: wat zijn PFAS?

Als je het wetenschapsnieuws volgt, zul je waarschijnlijk wekelijks onderzoek zien verschijnen over PFAS – waar ze worden gevonden, waar ze vandaan komen en hun impact op de gezondheid en het milieu. Maar wat zijn deze chemicaliën eigenlijk, en waarom is er zoveel belangstelling voor?

Wat zijn PFAS?

PFAS staat voor “per- en polyfluorinated alkylsubstanties” – maar als je geen chemicus bent, helpt dat waarschijnlijk niet zo goed.

“Gefluoreerd” betekent dat PFAS-moleculen het element fluor bevatten, en de “per of poly” betekent dat er veel fluoratomen zijn. In de organische chemie verwijst “alkyl” naar een chemische groep die ten minste één koolstofatoom bevat gebonden aan twee of drie waterstofatomen.

“PFAS lijken op natuurlijk voorkomende koolwaterstofchemicaliën, behalve dat het halogeenelement fluor de plaats inneemt van meerdere of alle waterstofatomen in de structuur”, legt Rolf Halden uit, een professor aan het Biodesign Center for Environmental Health Engineering aan de Arizona State University, ONS.

PFAS zijn ook volledig synthetisch – wat betekent dat ze niet in de natuurlijke wereld worden gevonden. Gefluoreerde chemicaliën in het algemeen zijn zeer ongewoon in de natuur.

Deze kwaliteit werd in het verleden als een voordeel gezien, zegt Mark Jones, een gepensioneerde industrieel chemicus en industrieconsulent die voorheen bij de Dow Chemical Company werkte.

“Veertig jaar geleden, toen ik fluorering voor het eerst tegenkwam in een klas organische chemie, werd er over gesproken als een voorbeeld van iets dat volledig synthetisch is … daarom zullen ze veilig zijn, omdat ze niet-interactief zijn met biologie, ’ herinnert hij zich.

Sinds ze voor het eerst werden gesynthetiseerd in de jaren 1940, zijn er in de loop van de tijd nieuwe PFAS uitgevonden en nu lopen ze in de duizenden. Perfluoroctaanzuur (PFOA) – dat is gebruikt in vloerbedekking en stoffering, textiel en kleding, en blusschuim – en perfluoroctaansulfonaat (PFOS) zijn twee oudere PFAS die op grote schaal zijn gebruikt en bestudeerd.

Er is echter verrassend weinig consensus over welke chemicaliën precies als PFAS moeten worden geclassificeerd. Een studie uit 2022 van de Boston University liet zien hoe verschillende Amerikaanse regelgevende instanties en niet-gouvernementele organisaties PFAS op verschillende manieren hebben gedefinieerd. Uit de studie bleek dat sommige geneesmiddelen die fluor bevatten, volgens sommige definities als PFAS worden beschouwd, maar niet als PFAS.

“Deze kwestie van het definiëren ervan is echt verraderlijk”, zegt Jones, die onlangs over dit onderwerp schreef voor de American Chemical Society’s Industrie is belangrijk nieuwsbrief. Hij beschrijft een spanning tussen het definiëren van PFAS als een lijst van specifieke chemicaliën, of breder gebaseerd op de aanwezigheid van bepaalde chemische eigenschappen.

“Het is best een leuk spel om met scheikundevrienden te spelen: ‘is 1,4-difluorbutaan een PFAS of niet?’”, grapt Jones. “De meeste mensen snappen het niet goed.”

Waar gebruiken we PFAS voor?

PFAS zijn veelzijdige chemicaliën. Ze zijn te vinden in consumentenproducten zoals voedselverpakkingen, kookgerei, kleding, meubels, kampeerspullen, tandzijde en vlekverwijderaars.

Veel hiervan is te danken aan hun nuttige chemische eigenschappen. De hittebestendigheid van PFAS is bijvoorbeeld handig voor het coaten van potten en pannen met antiaanbaklaag. PFAS kan ook textiel en andere producten water- en vlekbestendig maken.

“We denken dat de meeste moleculen hydrofoob of hydrofiel zijn en worden aangetrokken door water of olie”, legt Stuart Khan uit, een professor aan de School of Civil and Environmental Engineering aan de University of New South Wales (UNSW). “In feite kan PFAS zowel water als olie afstoten.”

Een Amerikaanse studie die vorige week in het tijdschrift werd gepubliceerd Milieuwetenschap en -technologie ontdekte dat verschillende kinderkleding, beddengoed en inrichtingsproducten PFAS bevatten of moleculen die kunnen worden omgezet in PFAS wanneer ze in het lichaam of in het milieu worden geoxideerd. De studie werd mede gefinancierd door het Silent Spring Institute, een organisatie die onderzoek doet naar de verbanden tussen chemicaliën in het milieu en de gezondheid van vrouwen.

Een ander bekend gebruik van PFAS is in blusschuim, met name voor branden met vloeibare brandstof.

“Je wilt geen water op een brandstofvuur sproeien, omdat het gewoon overal meer brandstof en vuur zal spetteren”, zegt Khan. In plaats daarvan zitten PFAS-schuimen bovenop brandstofvuren en verstikken ze door de toegang tot zuurstof te blokkeren.

Pfas concept een man met een hamburger in een vetvrije verpakking
PFAS zijn aangetroffen in vetvrije voedselverpakkingen. Krediet: Hapabapa / iStock / Getty Images.

Waarom maken mensen zich zorgen over PFAS?

De winterhardheid van PFAS is een tweesnijdend zwaard. Ze zijn zeer goed bestand tegen zowel chemische als biologische afbraak – vandaar de niet zo geliefde bijnaam van ‘forever chemicals’. Hoewel het gebruik van PFOA en PFOS in veel rechtsgebieden is uitgefaseerd, zijn deze chemicaliën nog steeds overal om ons heen, en dat zal in de nabije toekomst ook zo zijn.

“We hebben allemaal PFAS in ons”, zegt Michael Manefield, ook hoogleraar civiele en milieutechniek aan de UNSW. “Het is overal in de omgeving … het is gewoon deze slijmerige film die we over alles hebben aangebracht, echt waar.”

Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) kan PFAS ons lichaam binnendringen via voedsel en drinkwater, consumentenproducten en verpakkingen, en lucht of stof inademen.

Locaties zoals luchthavens en militaire bases waar brandbestrijdingstrainingen worden gegeven, kunnen hoge niveaus van PFAS in de buurt hebben.

“Vaak komen de PFAS-schuimen op de grond terecht, en uiteindelijk trekken ze na regenval de grond in en komen ze in de grondwaterspiegel terecht”, zegt Khan. “Daarom hebben we nu veel problemen met vervuilde grondwatervoorraden in veel delen van Australië.”

Maar moeten we ons zorgen maken over het hebben van PFAS in ons lichaam?

“Er is nog vrij veel onbekend over de gevolgen voor de volksgezondheid, vooral door blootstelling aan het milieu”, zegt Khan.

Volgens Manefield zijn PFAS niet zo schadelijk als sommige andere verontreinigende stoffen, zoals dioxines, maar ze zijn ook niet per se goedaardig.

Halden maakt zich meer zorgen. “We weten genoeg over PFAS-chemie om te begrijpen dat het onverenigbaar is met onze gezondheid en de gezondheid van de planeet”, zegt hij.

Van PFAS is niet aangetoond dat het specifieke ziekten bij mensen veroorzaakt. Resultaten van epidemiologische studies en onderzoek bij niet-menselijke dieren hebben echter de blootstelling aan PFAS in verband gebracht met gezondheidsproblemen zoals een verhoogd risico op bepaalde vormen van kanker, verhoogd cholesterol en een verminderde immuunfunctie en vaccinrespons. Veel van het sterkste bewijs komt van onderzoeken naar PFOA en PFOS, die al langer bestaan ​​en meer hebben bestudeerd.

Onlangs is er bezorgdheid geuit dat een hogere blootstelling aan PFAS de werkzaamheid van het vaccin kan verminderen en mensen kwetsbaarder kan maken voor COVID-19.

Uiteindelijk is ons algemene begrip van de gezondheids- en milieueffecten van PFAS nog steeds relatief beperkt. Moeilijkheden zijn onder meer het aantal verschillende PFAS, de uitdagingen om oorzakelijk verband vast te stellen bij het kijken naar epidemiologische associaties, en het feit dat onderzoek bij niet-menselijke dieren mogelijk niet voor ons vertaalt.

Veel experts en overheidsinstanties zijn echter uit voorzorg van mening dat we onze blootstelling aan PFAS moeten verminderen en het gebruik ervan waar mogelijk moeten beperken.

Kunnen we PFAS uit het milieu halen?

Hoewel PFAS moeilijk af te breken zijn, hebben we manieren om het uit water en bodem te verwijderen. Waterzuiveringsinstallaties voor ionenuitwisseling, zoals die binnenkort worden geopend in Katherine, in het Northern Territory, gebruiken een speciale hars die de PFAS uit het water adsorbeert. Ook kunnen we bodems ‘wassen’ door de bodemcomponenten waar PFAS aan gebonden zijn te scheiden. Deze methoden vernietigen PFAS echter niet, maar verplaatsen het gewoon uit de omgeving.

“We verzamelen deze ionenuitwisselingshars die verontreinigd is met PFAS, dat op een dag ergens heen moet”, zegt Khan.

Manefield voegt toe dat met PFAS verontreinigde hars of grond kan worden verbrand, maar dit kost veel energie en is duur. Er is ook lopend onderzoek naar het immobiliseren van PFAS in de bodem met behulp van actieve kool, waardoor de PFAS zich niet verder in het milieu kan verspreiden. Nogmaals, het is geen permanente oplossing.

Sommige wetenschappers werken aan betere manieren om PFAS daadwerkelijk af te breken, met behulp van bacteriën en chemische katalysatoren. De moeilijke eerste stap is het verbreken van de zeer sterke chemische binding tussen koolstof en fluor.

Pfas concept een bal en stok representatie van de pfas ptfe met een ketting van grijze koolstofatomen met blauwe fluoratomen eraan vastgemaakt
Illustratie van de chemische structuur van het PFAS polytetrafluorethyleen (PTFE), dat wordt gebruikt als coating voor kookgerei met antiaanbaklaag. Koolstofatomen zijn in grijs en fluoratomen in cyaan. Credit: Laguna Design / Science Photo Library / Getty Images.

“Onze focus ligt op het verwijderen van deze fluoratomen die heel, heel stevig vastzitten op de koolstofruggengraat”, zegt Manefield. “Als je aan PFAS denkt als een klein gordeldier, zijn de fluoratomen het pantser rond een organische ruggengraat.”

Interessant is dat een van de veelbelovende moleculen die de verwijdering van fluor kunnen katalyseren er een is waarvan je misschien hebt gehoord: vitamine B12. Katalysatoren werken door de energie te verlagen die nodig is voor een chemische reactie, zoals het verbreken van een binding.

Bacteriën gebruiken vitamine B12 al om chlooratomen uit moleculen te verwijderen. Omdat fluor net boven chloor in het periodiek systeem ligt, delen ze vergelijkbare chemische eigenschappen.

“Je kunt een sterk reductiemiddel zoals zink nemen en ervoor zorgen dat het elektronen doorgeeft aan vitamine B12”, legt Manefield uit. “Vitamine B12 geeft die elektronen vervolgens door aan de koolstof-fluorbinding, die de fluor verwijdert.”

Als de fluor eenmaal verdwenen is, is het voor bacteriën veel gemakkelijker om de resulterende bijproducten van PFAS af te breken.

Andere UNSW-onderzoekers ontwikkelen en testen nieuwe katalysatormoleculen die chemisch vergelijkbaar zijn met vitamine B12, maar effectiever zijn in het afbreken van PFAS.

Een PFAS-vrije toekomst?

PFAS worden veel gebruikt omdat ze, nou ja, nuttig zijn. Kunnen we leren om PFAS te vervangen, of doen we het zonder?

“In veel gevallen is het moeilijk om een ​​een-op-een vervanging voor hen te vinden”, zegt Jones. “Teflon heeft bijvoorbeeld echt heel unieke eigenschappen die moeilijk te reproduceren zijn.”

Aan de andere kant, zegt hij, zouden we waarschijnlijk gewoon kunnen leren leven zonder vetvrije coatings op voedselverpakkingen.

“En ik denk dat je alles daartussenin zou hebben… Ik geloof dat intelligente mensen zullen innoveren en afstand zullen nemen van dit soort materialen als wordt erkend dat ze een gevaar vormen”, besluit Jones.

Volgens Halden moeten we onszelf een aantal moeilijke vragen stellen of de voordelen van het blijven gebruiken van PFAS opwegen tegen de risico’s.

“Wat is een legitiem gebruik van deze chemie, en wat is het draagvermogen van de planeet en de biosfeer voor deze chemicaliën?” hij vraagt.

Zowel Khan als Manefield benadrukken dat systemische veranderingen waarschijnlijk nodig zijn om te voorkomen dat de huidige problemen met PFAS zich steeds weer herhalen.

“Hoe zetten we systemen op zodat we bij de volgende groep chemicaliën niet weer met dit probleem komen te zitten?” vraagt ​​Khan.

“We moeten echt vooruit en beter worden in het plannen van wat sommige mensen ‘groene chemie’ noemen – het produceren van chemicaliën die alle nuttige eigenschappen hebben die we nodig hebben, maar die ofwel goedaardig zullen zijn in het milieu of snel kapot gaan.”



Leave a Reply

Your email address will not be published.