PFAS-emissies naar lucht
Emissies van PFAS naar lucht vormen de kern van deze BBT-studie, en worden in de volgende paragrafen algemeen besproken. Andere milieuaspecten zoals energieverbruik, waterverbruik, materiaalverbruik, afvalstoffen, emissies naar water, geur, geluid en emissies naar lucht van andere stoffen vormen niet direct het onderwerp van deze BBT-studie, maar zullen doorheen de studie wel worden aangehaald en in rekening gebracht als zogenaamde ‘cross-media’ effecten bij het beheersen/beperken van PFAS luchtemissies.
Er kan een onderscheid gemaakt worden tussen:
- gasvormige emissies door vervluchtiging van PFAS. Dit hangt in belangrijke mate samen met de dampdruk(ken) van de component(en) in kwestie, en van de temperaturen en drukken waarop deze zich bevinden.
- emissies via stof(deeltjes) of aerosolen. PFAS kunnen zich bevinden in of binden aan fijne deeltjes die fijn verdeeld zijn in een gas: vaste stofdeeltjes, waterdruppels, druppels van solventen of reagentia, enz.
De mate waarin aanwezige PFAS geëmitteerd worden naar de lucht, hangt dus sterk af van de (proces)omstandigheden en van de matrix, maar ook van de eigenschappen van de PFAS component(en). Kleinere keten PFAS vertonen een hoge polariteit (Liu et al., 2022) en zijn relatief vluchtiger, en zullen dus meer voorkomen in de gasfase dan langere ketens en moleculen met een groot moleculair gewicht. Ook zijn fluortelomeren (FTOH’s en FTS’en), gefluoreerde sulfonamides (FOSA’s) en sulfonamido ethanolen (FOSE’s) typisch vluchtiger dan de overeenkomstige ‘eindstandige’ (de uiteindelijk in het milieu gevormde) PFAA’s (geperfluoreerde alkylzuren, typisch sulfonzuren of carboxylzuren), waarvan ze een precursor zijn. Ze kunnen op die manier gemakkelijker via de lucht verspreiden, en in het milieu worden omgezet naar eindstandige PFAA’s.
Langere keten PFAS daarentegen verdelen zich relatief meer in de waterfase dan de gasfase, en binden vaak sterker aan vaste (organische) materie, waaronder stofdeeltjes (Liu et al., 2022). Dit maakt dat ze minder in gasvorm geëmitteerd worden, maar meer gebonden aan fijne stofdeeltjes en in of aan het oppervlak van waterdruppels. Ook korte keten PFAS zijn echter goed oplosbaar in water, en kunnen dus in relatief grote hoeveelheden aangetroffen worden in waterdruppels. Een volledig overzicht van gekende fysische en chemische eigenschappen van de verschillende PFAS componenten kan bv. gevonden worden op de PFAS website van Interstate Technology and Regulatory Council (ITRC)[1], alsook verdere uitleg over het gedrag van PFAS in lucht en andere media (zie o.a. ‘5 Environmental Fate and Transport Processes’).
Een ander verschijnsel bij langere ketens, is hun sterkere oppervlakteactieve werking. Hierdoor kunnen zij gemakkelijker micellen vormen, doordat hun apolaire staarten met elkaar in interactie gaan. Deze micellen kunnen ook als aerosolen meegevoerd worden in een gasstroom.
Figuur 8: Illustratie van vorm PFAS micel, hemi-micel en dubbellaag. De figuur toont ook de elektrostatische interactie met een positief geladen oppervlak. Omgekeerd, bij een negatief oppervlak worden vele PFAS afgestoten. Bron: ITRC (2022)
Fysische en chemische eigenschappen zijn typisch weergegeven voor de neutrale vorm van de stoffen, maar in water dissociëren de meeste PFAS in een anion en een kation. De anionen hebben een sterke neiging tot de waterfase, waardoor de stoffen minder vluchtig zijn dan op basis van hun fysische en chemische eigenschappen wordt berekend. Verschillende ionische vormen gedragen zich verschillend in het milieu. Kationen worden meer waarschijnlijk geadsorbeerd aan de bodem, dat over het algemeen een netto negatieve lading heeft, terwijl de adsorptie van anionen over het algemeen lager is. De zuurtegraad (pH) kan verder het transport van ionische vormen via het milieu beïnvloeden (Meegoda et al., 2020).
Er zijn nog belangrijke lacunes in de kennis rond luchtemissies van PFAS, zowel op het vlak van hoeveelheden die worden uitgestoten, als op vlak van hun impact op mens en milieu. Op beide vlakken is de kennisopbouw volop in ontwikkeling. Industriële emissies van PFAS naar lucht kunnen gasvormig zijn, of geadsorbeerd aan, of geabsorbeerd in aerosolen zoals vaste stofdeeltjes of vloeistofdruppels. Luchtemissies kunnen in de vorm van geleide afgassen, of als diffuse (dus niet-geleide) emissies zijn. Emissies kunnen afkomstig zijn van normale operationele omstandigheden, of van accidentele of abnormale oorsprong. Er is op dit moment nog weinig geweten over de absolute en relatieve hoeveelheden en bijdragen van de verschillende soorten emissiebronnen. In 3.2 wordt een overzicht gegeven van de voornaamste gekende industriële emissiebronnen. D’Ambro et al. (2021) modelleerden voor de uitstoot van 26 PFAS componenten bij een fluorpolymeer producerende installatie in North Carolina (VS) dat 5% van de totaal in de lucht uitgestoten massa PFAS en 2,5% van de uitgestoten massa HFPO-DA binnen 150 km van de installatie gedeponeerd worden, en de resterende massa dus verder dan 150 km meegevoerd wordt in de atmosfeer. Componenten met zure functionaliteit vertonen volgens deze studie meer depositie door grotere wateroplosbaarheid en zuurtegraadafhankelijk verdeling naar waterig medium.