Uit onderzoek is een nieuw materiaal gebleken dat lucht- en waterverontreinigingen kan adsorberen en een goedkoop, duurzaam alternatief zou kunnen zijn voor de momenteel gebruikte actieve kool.
Vervuiling maakt het land, het water , de lucht en andere bestanddelen van het milieu op onze planeet vuil, onveilig en ongeschikt voor gebruik. Vervuiling wordt veroorzaakt door de kunstmatige introductie of het binnendringen van een of meer verontreinigende stoffen in een natuurlijke omgeving. Er zijn verschillende soorten vervuiling ; bodemvervuiling wordt bijvoorbeeld voornamelijk veroorzaakt door huishoudelijk afval en industrieel afval van commerciële bedrijven. Watervervuiling ontstaat wanneer vreemde stoffen in het water terechtkomen, zoals chemicaliën, rioolwater , pesticiden en meststoffen, of metalen zoals kwik. Luchtvervuiling wordt veroorzaakt door deeltjes in de lucht afkomstig van verbrande brandstoffen, zoals roet, dat miljoenen kleine deeltjes bevat die in de lucht zweven. Een andere veelvoorkomende vorm van luchtvervuiling zijn gevaarlijke gassen, zoals zwaveldioxide, koolmonoxide, stikstofoxiden en chemische dampen. Luchtvervuiling kan ook de vorm aannemen van broeikasgassen (zoals kooldioxide of zwaveldioxide) en bijdragen aan de opwarming van onze planeet door het broeikaseffect. Een andere vorm van vervuiling is geluidsoverlast, wanneer het geluid afkomstig van vliegtuigen, industrie of andere bronnen schadelijke niveaus bereikt.
Ondanks de grote inspanningen die de afgelopen jaren zijn geleverd om het milieu te zuiveren, blijft vervuiling een groot probleem en vormt het een voortdurend risico voor de gezondheid, met gevolgen voor 200 miljoen mensen wereldwijd. De problemen zijn onmiskenbaar het grootst in ontwikkelingslanden, waar traditionele bronnen van vervuiling, zoals industriële emissies, slechte sanitaire voorzieningen, ontoereikend afvalbeheer, vervuilde watervoorraden en blootstelling aan luchtvervuiling binnenshuis door biomassa-brandstoffen, grote aantallen mensen treffen. Zelfs in ontwikkelde landen blijft milieuvervuiling echter bestaan, vooral onder de armere bevolkingsgroepen. De risico's zijn over het algemeen hoger in ontwikkelingslanden, waar armoede, economische belemmeringen voor de adoptie van technologie en zwakke milieuwetgeving samen leiden tot hoge vervuilingsniveaus. Dit risico wordt verder versterkt door onveilig water , slechte sanitaire voorzieningen, gebrekkige hygiëne en luchtvervuiling binnenshuis. Vervuiling heeft schadelijke gevolgen voor ongeboren en opgroeiende kinderen, en de levensverwachting kan dalen tot slechts 45 jaar als gevolg van kanker en andere ziekten. Lucht- en watervervuiling is een stille moordenaar en heeft naar verwachting een negatieve invloed op onze planeet en daarmee op de mensheid. De lucht die we inademen heeft een zeer specifieke chemische samenstelling, die voor 99 procent bestaat uit stikstof, zuurstof, waterdamp en inerte gassen. Luchtvervuiling ontstaat wanneer er stoffen aan de lucht worden toegevoegd die er normaal gesproken niet thuishoren. Fijnstof – vaste deeltjes en vloeibare druppeltjes die in de lucht voorkomen en worden uitgestoten door energiecentrales, industrie, auto's en branden – is tegenwoordig alomtegenwoordig in steden en zelfs in voorstedelijke gebieden. Daarnaast worden er jaarlijks miljoenen tonnen industrieel afvalwater in de wateren geloosd . Zowel fijnstof als kleurstoffen zijn zeer giftig voor het milieu, ecosystemen en de mens.
Er worden routinematig diverse methoden en procedures gebruikt om lucht- en watervervuiling aan te pakken , waaronder filtratie, ionenuitwisseling, coagulatie, ontleding, adsorptie, enzovoort. Elk van deze methoden kent een verschillend succespercentage. Adsorptie wordt over het algemeen als de meest haalbare methode beschouwd vanwege de eenvoud, het gebruiksgemak, de hoge efficiëntie en het eenvoudige gebruik. Van de verschillende adsorptiemiddelen is actieve kool het meest gebruikte adsorptiemiddel voor de bestrijding van lucht- en afvalwatervervuiling . Actieve kool, ook wel geactiveerde houtskool genoemd, is een vorm van koolstof die zodanig bewerkt is dat er kleine poriën met een laag volume ontstaan, waardoor het oppervlak voor adsorptie of chemische reacties wordt vergroot. Sterker nog, actieve kool wordt beschouwd als de gouden standaard onder de adsorptiemiddelen. Koolstof heeft een natuurlijke affiniteit voor organische verontreinigende stoffen zoals benzeen, die zich aan het oppervlak binden. Door koolstof te "activeren", bijvoorbeeld door het te stomen bij 1,800 graden Celsius, ontstaan er kleine poriën en holtes die het oppervlak vergroten. Pesticiden, chloroform en andere verontreinigingen glijden in de poriën van deze honingraatstructuur en hechten zich eraan vast. Bovendien blijft er geen koolstof in het water achter nadat het grondig is behandeld. Waterzuiveringsinstallaties in ontwikkelingslanden zoals China en India gebruiken routinematig actieve kool. Actieve kool heeft speciale eigenschappen die helpen bij het verwijderen van vluchtige stoffen, geuren en andere gasvormige verontreinigingen uit de lucht. De werking is vrij eenvoudig. Er zijn echter een paar nadelen aan actieve kool. Ten eerste is het erg duur en heeft het een zeer korte houdbaarheid, omdat het slechts gebruikt kan worden totdat de poriën vol zijn – daarom moet je het filter regelmatig vervangen. Actieve kool is ook moeilijk te regenereren en de effectiviteit ervan neemt na verloop van tijd af. Het is niet effectief in het verwijderen van verontreinigingen die niet door koolstof worden aangetrokken, of pathogene bacteriën en virussen.
Een economisch en duurzaam alternatief
In een recent onderzoek, gepubliceerd in Frontiers in Chemistry , hebben onderzoekers een betaalbaar, goedkoop en duurzaam materiaal ontwikkeld voor de bestrijding van lucht- en watervervuiling. Dit nieuwe "groene" poreuze materiaal, geproduceerd uit vast afval en overvloedig aanwezige organische natuurlijke polymeren, lijkt veelbelovend voor de adsorptie van verontreinigende stoffen in afvalwater en lucht in vergelijking met actieve kool en wordt bestempeld als een "economisch alternatief". Dit nieuwe "groene" adsorptiemiddel is een combinatie van een natuurlijk voorkomende grondstof – een polysaccharide genaamd natriumalginaat, dat kan worden gewonnen uit zeewier en algen – met een industrieel bijproduct – silicadamp (een bijproduct van de verwerking van siliciummetaallegeringen). Het materiaal werd zeer eenvoudig gesynthetiseerd en geconsolideerd door de geleervende eigenschappen van alginaat en door de ontleding van natriumbicarbonaat, waardoor de porositeit bij lage temperaturen op verschillende schaalniveaus werd gecontroleerd. Voor de testen in afvalwatervervuiling werd een blauwe kleurstof als modelverontreiniging gebruikt. Het nieuwe hybride materiaal bleek de kleurstof met een efficiëntie van ongeveer 94 procent te adsorberen en te verwijderen, wat zeer bemoedigend was. Zelfs zeer hoge concentraties van deze kleurstof werden verwijderd. Dit materiaal vertoonde veelbelovende eigenschappen voor het afvangen van fijnstof uit dieseluitlaatgassen. De studie, onder leiding van dr. Elza Bontempi van de Universiteit van Brescia in Italië, concludeert dat dit materiaal actieve kool zeer efficiënt kan vervangen in het afvangen van zowel fijnstof in de lucht als organische verontreinigingen in afvalwater, waardoor de vervuiling wordt verminderd.
Dit is veelbelovend onderzoek, omdat dit nieuwe materiaal op een zeer innovatieve en goedkope manier wordt geproduceerd uit natuurlijk voorkomende polymeren en industrieel afval dat anders toch altijd wordt weggegooid. Dit nieuwe materiaal, dat wordt omschreven als een " organisch -anorganische hybride", is niet alleen goedkoop, maar ook duurzaam en regenereerbaar en zou actieve kool zelfs kunnen vervangen en een voorkeurskeuze kunnen worden. De productie ervan verbruikt bovendien minder energie (de "ingebedde" energie) en laat daardoor een veel kleinere CO2-voetafdruk achter. Dit materiaal is ook zelfstabiliserend en vereist geen thermische behandeling bij hoge temperaturen. Bovendien kan het opgeschaald worden voor verschillende experimenten. Lopende tests tonen verder aan dat het bij kamertemperatuur kan worden bewaard en dat het na verloop van tijd alleen maar stabieler wordt zonder te degraderen. Het is dus zeer veelzijdig en zou een breed scala aan toepassingen kunnen hebben in lucht- en waterfiltratie. Dit biedt grote hoop voor de bestrijding van lucht- en watervervuiling en de bescherming van Moeder Aarde en de mensheid.
***
Referenties:
Zanoletti A et al. 2019. Een nieuw poreus hybride materiaal afgeleid van silicaroet en alginaat voor duurzame reductie van verontreinigende stoffen. Frontiers in Chemistry . 6. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00060
***
