Onderzoekers van RMIT University hebben een herbruikbaar magnetisch materiaal ontwikkeld dat in ongeveer een uur meer dan 95 procent van de microplastics en nanoplastics uit afvalwater verwijdert. Het materiaal vangt ook een reeks andere verontreinigingen op, waaronder per- en polyfluoralkylstoffen, zware metalen en farmaceutische stoffen. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Chemical Engineering Journal, bouwt voort op werk dat het team in 2022 voor het eerst publiceerde.
De omvang van het microplasticsprobleem is goed gedocumenteerd. Plasticdeeltjes komen nu wereldwijd voor in drinkwater, voedselketens en de bloedbaan van mensen. Nanoplastics, die kleiner zijn dan één micrometer, blijken bijzonder moeilijk op grote schaal aan te pakken. Er bestaat momenteel geen gevestigde methode voor grootschalige verwijdering van deeltjes in die grootteklasse.
Wat het materiaal doet
Het adsorptiemiddel verwijderde in laboratoriumtests deeltjes zo klein als 30 nanometer. Dat is een groottebereik dat conventionele filtratiesystemen grotendeels niet aankunnen. Ongeveer 80 procent van de verontreinigingen werd binnen de eerste 15 minuten van de behandeling verwijderd. Die snelheid is belangrijk, omdat de meeste gemeentelijke rioolwaterzuiveringsinstallaties met strakke tijdschema's werken.
Het materiaal bleek effectief te zijn bij verschillende gangbare soorten plastic, waaronder polyethyleen, polypropyleen en polyester. Het bleef werkzaam in zowel zoet als zout water. Naast plastic registreerden de onderzoekers ook hoge verwijderingspercentages voor kwik, chroom, koper, synthetische kleurstoffen en ibuprofen.
Professor Nicky Eshtiaghi van RMIT beschreef het afvangen van nanoplastics als een cruciale stap voorwaarts. "Er bestaat nog steeds geen gevestigde oplossing op grote schaal om ze te verwijderen", zei ze. Eerste auteur Dr. Muhammad Haris zei dat het materiaal specifiek is ontworpen om micro- en nanoplastics snel te verwijderen.
Industriële testen en magnetisch herstel
Het team testte de technologie in industrieel afvalwater van wasserijen, een belangrijke bron van vervuiling door synthetische vezels. Het materiaal verwijderde meer dan 88 procent van de polyester microvezels en kleurstoffen, ondanks de aanwezigheid van oppervlakteactieve stoffen en organisch materiaal in het water. Dat is een veelbetekenend resultaat. Afvalwater van wasserijen is chemisch complex en veel zuiveringsmethoden presteren onder die omstandigheden minder goed.
Een prototypesysteem, ontwikkeld in samenwerking met One Eye Industries in Canada, toonde aan dat het adsorptiemiddel magnetisch van water kon worden gescheiden en na elk gebruik snel kon worden teruggewonnen. Magnetische terugwinning neemt een belangrijke hindernis voor commerciële toepassing weg. Als een materiaal niet efficiënt kan worden teruggewonnen en hergebruikt, worden de operationele kosten op grote schaal onbetaalbaar.
Het productieproces is ook aanzienlijk verbeterd. Het team produceert het materiaal nu bij kamertemperatuur met minder kostbare grondstoffen. De onderzoekers zeggen dat de productiekosten ongeveer 75 procent lager liggen dan bij eerdere versies. Het materiaal kan meerdere keren hergebruikt worden.
Commerciële trajecten en regelgevingscontext
RMIT is in een vroeg stadium van commerciële gesprekken met Fire and Test Australasia, een bedrijf in handen van inheemse bevolking gevestigd in Geelong, Victoria. De samenwerking richt zich op de behandeling van regenwater en afvalwater, inclusief toepassingen op gemeenschapsniveau. De onderzoekers werken ook samen met Star Water Group, dat onder andere bedrijven in de Verenigde Staten tot zijn klantenkring rekent.
Die focus op de VS is logisch. Amerikaanse regelgevers hebben de normen voor zowel microplastics als PFAS de afgelopen jaren aangescherpt. De vraag naar geavanceerde behandelingsmethoden neemt toe onder gemeentelijke en industriële bedrijven die onder druk staan om aan de nieuwe limieten te voldoen. De combinatie van een hoog afvangvermogen en goedkope magnetische terugwinning maakt deze aanpak commercieel aantrekkelijk in die omgeving.
De technologie heeft ook potentie in gedecentraliseerde systemen. Veel regio's hebben geen toegang tot grootschalige zuiveringsinfrastructuur. Een materiaal dat snel werkt, schoon wordt teruggewonnen en tegen lagere kosten kan worden geproduceerd, zou een uitkomst kunnen bieden voor kleinere gemeenschappen en afgelegen gebieden waar conventionele installaties onpraktisch zijn.
Waar staat dit?
De tot nu toe gepubliceerde resultaten zijn afkomstig van laboratorium- en prototypetests. De overgang van laboratoriumprestaties naar grootschalige implementatie in gemeentelijke of industriële omgevingen brengt een andere reeks technische en regelgevende uitdagingen met zich mee. De onderzoekers hebben erkend dat commerciële partners deze vraagstukken momenteel onderzoeken.
Plasticvervuiling en persistente chemische verontreiniging vormen steeds vaker een bron van zorg voor zowel regelgevende instanties als investeerders. Nutsbedrijven, textielproducenten en industriële watergebruikers staan onder toenemende druk om geloofwaardige zuiveringsstrategieën aan te tonen. Een materiaal dat tegelijkertijd microplastics, nanoplastics, zware metalen en PFAS aanpakt, en dat binnen een tijdsbestek dat daadwerkelijk haalbaar is voor gebruikers, zou breed toepasbaar zijn in diverse sectoren als de prestaties in de praktijk overeenkomen met de laboratoriumgegevens.
