Procesbeheersing ter beperking van emissies aan de bron

Beschrijving

Waar het gebruik of voorkomen van PFAS in het proces niet kan worden vermeden, of waar het omwille van bv. milieu-, veiligheids- of kwaliteitsredenen niet wenselijk is om het gebruik te vermijden, is het van belang het proces zo te beheersen en indien mogelijk te sturen, dat emissies zo veel mogelijk aan de bron beperkt worden.

Er is op het moment van schrijven bij vele toepassingen nog een gebrek aan kennis over hoe en hoeveel luchtemissies er in het proces ontstaan, maar er zijn wel enkele algemene verschijnselen, die hier kort besproken worden. Voor verdere details over de eigenschappen van PFAS en hun gedrag, wordt verwezen naar hoofdstuk 3. In het algemeen is er een belangrijk onderscheid tussen:

1. 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 in het proces.
2. emissies via stof 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, micellen, enz.

De mate waarin aanwezige PFAS geëmitteerd worden naar de lucht, hangt zoals aangegeven in hoofdstuk 3 sterk af van de procesomstandigheden en van de matrix, maar ook van de eigenschappen van de PFAS component(en).

Verder zijn, al dan niet intentionele, chemische omzettingen mogelijk waardoor bepaalde PFAS worden afgebroken en/of omgezet in andere PFAS of andere stoffen zoals F-gassen. Dergelijke omzetting is in het bijzonder relevant voor precursoren zoals fluortelomeren die kunnen worden omgezet in bijvoorbeeld eindstandige PFAA’s in het proces (maar in sommige gevallen ook in het milieu na emissie). Daarnaast dient men rekening te houden met mogelijke degradatie van PFAS onder invloed van (mogelijke combinaties van) temperatuur, druk, zuurtegraad, redox, straling, biologische activiteit, katalysatoren, enz. Typisch zorgt dit voor een afbraak of omzetting van grotere  PFAS moleculen/langere ketens tot kleinere moleculen/kortere ketens. Enkel een volledige afbraak^[1], die zorgt voor mineralisatie waarbij alle PFAS componenten zijn omgezet in waterstoffluoride of fluorzouten zoals calciumfluoride, zorgt voor een volledige eliminatie van PFAS in de afgassen, en voorkomt de vorming van F-gassen, die bekend staan als belangrijke broeikasgassen, zie ook 3.2.3.

In het algemeen zijn er dus twee verschillende strategieën om emissies in het proces/aan de bron te beperken:

•  een beperking van aerosolvorming. Dit kan bijvoorbeeld door vermindering van turbulentie/agitatie, het vermijden of beperken van beluchting (bijvoorbeeld bij afvalwaterzuivering), of verlaging van de temperatuur… welke eventuele vluchtige emissies zullen beperken. Waar beperking door processturing niet/beperkt mogelijk is, zie 4.5, kan gesloten apparatuur de luchtemissies eveneens drastisch beperken (bijvoorbeeld overkappen of afdekken van een wateroppervlak). Specifiek voor beluchting bij afvalwaterzuivering, kan gekeken worden naar efficiënter beluchten om de beluchting te beperken, bv. vervanging van oppervlakte beluchters door fijn-bellen-beluchting (met minder aerosolvorming vergeleken met puntbeluchting of grove-bellen-beluchting) of door het toepassen van artificiële intelligentie om de sturing van de beluchting te helpen verbeteren. Een andere mogelijkheid is de inzet van puur zuurstofgas in de plaats van lucht. Dit kan leiden tot een sterk verlaagd beluchtingsdebiet (gezien lucht bestaat uit bij 80% stikstofgas) en efficiëntere opname van zuurstof door bacteriën. Verder kan (bv. voor stikstof bij RWZI) gekeken worden naar specifieke adsorptiematerialen welke kunnen instaan voor een zogenaamde “polishing” van effluent om de mate van beluchting te beperken. Verder dient opgemerkt te worden dat (meer) beluchting kan leiden tot verhoogde schuimvorming, waarin PFAS componenten zich typisch meer concentreren. Waar dit voorkomt kan het afvangen van het schuim en/of afscherming tegen wind de emissies naar lucht verminderen. (informatie lid BC en leveranciersinformatie, 2023)
• een zo volledig mogelijke afbraak van PFAS componenten in het proces zelf. Voorbeelden hiervan zijn afvalverbranding en reactivatie van actief kool waar onder meer tijd, temperatuur en turbulentie zo gestuurd worden dat een hoog niveau van afbraak wordt bereikt, zie ook 3.2.3

Toepasbaarheid

Er is weinig informatie beschikbaar over sturing van processen, specifiek met het oog op de beperking van PFAS luchtemissies. De mate waarin processturing toegepast kan worden met het oog op de reductie van PFAS luchtemissies, zal in vele gevallen beperkt zijn. Het proces zal hiervoor trager of minder effectief moeten verlopen, bv. door het verlagen van temperatuur/beluchting/agitatie/turbulentie. Zowel bij productieprocessen als bij bv. waterzuivering kan dit beperkend zijn.

Milieuvoordeel

Preventie aan de bron geniet in het algemeen de voorkeur op end-of-pipe behandeling. Het is doorgaans beter voor het milieu in zijn geheel omdat er geen verbruik van energie, water of materialen nodig is zoals bij een afgaszuivering, en geen afvalstroom gegenereerd wordt.

Er is weinig informatie over sturing van processen met het oog op beperking van PFAS luchtemissies, dus ook de effectiviteit en over eventuele (negatieve) cross-media effecten. Er moet voor PFAS componenten een afweging gemaakt worden tussen de beperking van emissies naar de lucht en de eventueel mogelijke toename in afval of afvalwater. In het algemeen is de verschuiving van een minder controleerbaar compartiment, lucht, naar een meer controleerbaar compartiment, water of afval, wenselijk. Zoals ook beschreven in deze BBT-studie, kunnen emissies naar lucht leiden tot blootstelling en depositie over grote afstanden.

Een mogelijk nadelig cross-media effect bij onvolledige (thermische) afbraak van PFAS componenten is de vorming van (ultra)korte keten PFAS en/of F-gassen met groot broeikasgaseffect. Wanneer de temperatuur/het energieniveau verhoogd wordt met het oog op volledige afbraak (mineralisatie) van PFAS, bv. bij afvalverbranding of reactivatie van actief kool, nemen het energieverbruik en CO₂-emissies door hoger brandstofverbruik toe. Dit kan leiden tot een afweging tussen het broeikasgaseffect van F-gassen enerzijds, en CO₂ anderzijds.

Een ander mogelijk negatief cross-media effect is het moeilijker bereiken van verstrengde stikstofnormen voor bv. RWZI-effluent, zie ook het ontwerpvoorstel voor de herziening van de Europese Richtlijn Stedelijk Afvalwater. Dergelijke verstrengde stikstofnormen kunnen in de toekomst leiden tot een nood aan effectievere, en dus mogelijk meer, beluchting. In de plaats van, of in combinatie met, meer beluchten kan ook gekeken worden naar efficiënter beluchten, zie voorbeelden hierboven onder ‘beschrijving’.  

Financiële aspecten

Kosten en eventuele opbrengsten, of vermeden kosten door het niet moeten zuiveren van afgassen, kunnen heel uiteenlopend zijn, en hangen sterk af van de individuele situatie. PFAS zijn typisch heel dure grondstoffen. Bedrijven streven daarom ook om financiële redenen vaak naar een beperking van verliezen, waaronder luchtemissies (input door leden BC, 2022). Een afname in snelheid of capaciteit van het proces, of een toename in energieverbruik, bv. bij afvalverbranding, kan een belangrijke kost zijn.