Eerst wordt een dunne laag steenslag over het veld verspreid. Vervolgens worden hennep en grassen verbouwd, de vervuilde biomassa opgevangen en op zeer hoge temperaturen gebracht. Het verkregen koolstofhoudende materiaal keert uiteindelijk terug naar de grond, waar het een deel van de resterende PFAS zou moeten vasthouden.
Het is de strategie die wordt beschreven door een groep gecoördineerd door Yale University in een studie gepubliceerd in Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen. Volgens berekeningen zou dit over twintig jaar iets meer dan 29.000 dollar per hectare kunnen kosten, vergeleken met de 800.000 tot 1,6 miljoen die in de Verenigde Staten nodig zijn voor de meest invasieve landwinningsprojecten. Voorlopig bestaat het opgeschoonde veld echter in statistische simulaties die zijn gebouwd met reeds beschikbare experimentele gegevens.
De meststoffen die PFAS op de velden brachten
Het probleem is samengegroeid met een praktijk die al jaren als handig en circulair wordt beschouwd: het gebruik van biosolids, d.w.z. behandeld slib geproduceerd door zuiveringsinstallaties, als meststof. Ze zijn rijk aan voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor, waardoor ze een deel van de meststoffen kunnen vervangen. Samen met nutriënten kunnen ze echter stoffen met zich meedragen die vanuit huizen en industrieën in de riolering worden geloosd.
Traditionele afvalwaterzuiveringsinstallaties verwijderen of vernietigen PFOA en PFOS niet. De twee verbindingen kunnen zich concentreren in het slib, de bodem bereiken en zich verplaatsen naar watervoerende lagen, waterwegen, planten en dieren. Dit is waar het Amerikaanse Environmental Protection Agency ons ook aan herinnert in zijn voorlopige beoordeling van de risico’s die verband houden met biosolids.
De EPA-beoordeling heeft betrekking op gemodelleerde scenario’s en slechts twee stoffen uit de grote PFAS-familie. Het geeft echter aan dat, onder bepaalde omstandigheden, zelfs slib met concentraties dichtbij de detectielimieten problematische blootstelling kan veroorzaken voor degenen die in de buurt van de velden wonen of voornamelijk melk, eieren, vlees, vis en water uit het getroffen gebied consumeren. Risicoveranderingen met bodem, aantal toepassingen, type teelt en diepte van putten. Twee aangrenzende percelen kunnen dus verschillende verhalen vertellen.
Het Yale-onderzoek maakt gebruik van gegevens uit Maine, de Amerikaanse staat die in 2022 de verspreiding van slib op land verbood. Volgens het lokale ministerie van Landbouw heeft PFAS-besmetting als gevolg van biosolids en andere bronnen, in verschillende mate, 90 boerderijen getroffen. Jarenlang hadden veel boeren goedkope en toegestane mest op hun akkers verspreid. De rest arriveerde zonder labels.
Basalt zorgt ervoor dat PFOS gemakkelijker wordt opgenomen
De voorgestelde strategie begint met de toepassing van fijngemalen alkalisch gesteente, zoals basalt. Het stof verhoogt de pH van de bodem en maakt de PFOS mobieler. Een eigenschap die in dit geval wordt benut om de opname door de wortels te vergemakkelijken.
Soorten die een deel van de verontreiniging kunnen ophopen, worden daarom op het veld gekweekt, waaronder hennep en meerjarige grassen. Volgens het model zou het op deze manier beheren van de pH de verwijdering van PFOS kunnen versnellen en de saneringstijden met meer dan tien jaar kunnen verkorten in bodems met verontreinigingsniveaus die door de auteurs als typisch worden beschouwd. Het effect betreft vooral PFOS; het gedrag van PFOA is anders en de grote PFAS-familie omvat duizenden andere stoffen. Twee zijn al genoeg om de oogst flink te bemoeilijken.
Verontreinigde biomassa kan uiteraard niet in feeders of in de voedselvoorzieningsketen terechtkomen. Het wordt onderworpen aan pyrolyse, een behandeling bij hoge temperatuur in afwezigheid van zuurstof, die PFOA en PFOS die in plantenweefsels aanwezig zijn, zou moeten vernietigen. Het proces levert biochar op, een vorm van houtskool die terug in de bodem kan worden gebracht.
Hier verandert het systeem van functie. Tijdens de eerste fase worden PFAS beter beschikbaar gemaakt voor planten; biochar daarentegen bindt de overgeblevenen en beperkt hun beweging. Simulaties schatten een vermindering van meer dan 95% in de uitspoeling naar het grondwater. Als u het echter te vroeg toevoegt, kan dit de opname door planten vertragen: tijden en hoeveelheden moeten worden gekozen op basis van de vervuiling en kenmerken van het veld.
De rekening van $ 29.000 omvat ook CO2
De door de auteurs geschatte gemiddelde kosten bedragen $ 1.460 per hectare per jaar. Het herhalen van de behandeling voor een periode van maximaal twintig jaar levert ruim 29 duizend dollar per hectare op, inclusief compensatie voor het inkomen dat de boer door de drooglegging misloopt. Een veel lager cijfer dan het afgraven van de verontreinigde grond, het transport ervan en de thermische behandelingen van de gehele grond.
Die prijs omvat ook de economische waarde die wordt toegekend aan de verwijderde kooldioxide. Terwijl basalt verwert, reageert het met CO2, terwijl biochar een deel van de door planten opgenomen koolstof vasthoudt. Volgens het model zou toepassing van het systeem op ongeveer een miljoen hectare landbouwgrond in de VS ongeveer 10,5 miljoen ton CO2 per jaar uit de atmosfeer kunnen verwijderen. De inkomsten die gepaard gaan met het verwijderen van koolstof verlagen de uiteindelijke kosten van de schoonmaak aanzienlijk: zonder een markt die bereid is deze te erkennen, zou de rekening stijgen.
Zelfs de klimaatbalans moet uit de computer komen. Het vermalen en transporteren van gesteente, het verzamelen van biomassa, het naar fabrieken brengen en het aandrijven van pyrolyse kost energie. De auteurs namen deze emissies mee in de simulaties, maar een echte toepassing zou afhangen van de afstanden, de beschikbare faciliteiten en de mogelijkheid om mobiele eenheden direct in de buurt van de velden in te zetten. Het verplaatsen van tonnen basalt en gewassen door de Verenigde Staten gebeurt nauwelijks via fotosynthese.
Het werk brengt technieken samen die al afzonderlijk zijn bestudeerd en transformeert ze in een unieke strategie: planten extraheren een deel van de verontreiniging, pyrolyse behandelt de verzamelde biomassa, biochar beperkt de verspreiding en basalt modificeert de bodem en helpt ook CO2 te absorberen.
Nu zal het systeem nog enkele jaren getest moeten worden op echte velden, waarbij de grondsoort, het aanwezige mengsel van PFAS, de gewasopbrengsten en de afstand tot de pyrolyse-installaties van belang zijn. De richting is intussen concreet: het land terugwinnen door het het ene seizoen na het andere op zijn plek te laten staan, in plaats van het op te graven en te transformeren in een berg afval die naar elders wordt getransporteerd.
