Vesi on meille elintärkeä luonnonvara. Se on välttämätöntä kaikelle maapallolta löytyvälle elämälle. Tästä huolimatta Maailman terveysjärjestö WHO:n mukaan yli kahdella miljardilla ihmisellä ei ole puhdasta juomavettä. Niukkuutta lisää edelleen vesivarojen saastuminen, joka on suurelta osin ihmisen itsensä aiheuttamaa.
“Perinteisempien saasteiden, kuten metallien, ravinteiden, arseenin, fluoridin ja torjunta-aineiden, lisäksi vesistöistä löytyy nykyään yhä enemmän uusia huolta aiheuttavia aineita, mukaan lukien ikuisuuskemikaaleiksi nimitettävät per- ja polyfluoroalkyylit eli PFAS-yhdisteet”, kertoo professori Amit Bhatnagar LUTin erotustekniikan osastolta.
Bhatnagar sai joulukuussa 2023 Jane ja Aatos Erkon (JAES) säätiöltä nelivuotisen rahoituksen hankkeeseen, jossa kehitetään menetelmiä vesilaitoksille edistyneiden toiminnallisten materiaalien hyödyntämiseksi PFAS-yhdisteiden poistoon vedestä.
"Tämä on vaativa tehtävä, koska tehokkaita menetelmiä ei ole vielä olemassa. PFAS-yhdisteet muodostavat yhden nykypäivän vakavimmista saasteongelmista. Lyhytketjuisia ja ultralyhytketjuisia PFAS-yhdisteitä on havaittu jopa pullotetussa vedessä.”
PFAS-yhdisteet ovat haitallisia ihmisille
PFAS-yhdisteisiin kuuluu yli 4 700 synteettistä kemikaalia, joita on käytetty eri teollisuudenaloilla yli seitsemän vuosikymmenen ajan. Niitä käytetään muun muassa sammutusvaahdoissa, astioiden pinnotteissa, paperi- ja elintarvikepakkauksissa, kosmetiikassa, tekstiileissä, maaleissa, hiihtovarusteissa, torjunta-aineissa ja lääkkeissä.
PFAS-yhdisteiden lempinimi ikuisuuskemikaalit juontuu niiden pitkäikäisyydestä. Tiettyjen ryhmään kuuluvien yhdisteiden tiedetään säilyvän ympäristössä pidempään kuin minkään muun synteettisen aineen. Vaikka lopettaisimme niiden käytön tänään, kemikaalit säilyisivät ympäristössä sukupolvien ajan.
"Tietyille PFAS-yhdisteille altistuminen on liitetty heikentyneeseen immuunivasteeseen, kehitys- ja lisääntymishäiriöihin ja kasvaneeseen syöpäriskiin, mukaan lukien munuais- ja kivessyöpä. Tämän takia niiden pitoisuuksia ympäristössä pyritään säätelemään ja rajoittamaan maailmanlaajuisesti", Bhatnagar kertoo.
Esimerkiksi EU:n juomavesidirektiivi asettaa enimmäismäärän sekä PFAS-yhdisteiden yhteenlasketuille että tiettyjen yksittäisten, erityisen huolestuttavana pidettyjen yhdisteiden pitoisuuksille.
Tilaa Curious People -uutiskirje
PFAS-yhdisteet heikentävät luonnon monimuotoisuutta
Ihmisten lisäksi PFAS-yhdisteet ovat haitallisia ympäristölle. Niiden epäillään aiheuttavan häiriöitä ravintoketjuissa ja vaikuttavan negatiivisesti biodiversiteettiin.
Monet PFAS-yhdisteet ovat erittäin vesiliukoisia, minkä takia ne leviävät helposti. Viimeaikaisissa tutkimuksissa turvallisina pidettyjä rajoja ylittäviä PFAS-pitoisuuksia on löydetty esimerkiksi sadevedestä eri puolilta maailmaa.
"PFAS-yhdisteet ovat yleisiä niin pinta- kuin pohjavesissä. Maaperään yhdisteet voivat puolestaan levitä joko veden, biomassan tai lietteen kautta", Bhatnagar sanoo.
PFAS-yhdisteiden moninaisuus tekee niistä haastavia poistaa
Sekä akateemisessa maailmassa että teollisuudessa pyritään aktiivisesti kehittämään skaalautuvia ja tehokkaita menetelmiä PFAS-yhdisteiden poistamiseksi vedestä. Bhatnagarin mukaan yhdisteiden poistamisessa on testattu vaihtelevalla menestyksellä esimerkiksi hiilipohjaisia materiaaleja ja adsorbentteja, erilaisia hartseja, polymeerejä ja kalvoja.
Poistotekniikat hyödyntävät eri mekanismeja. Jotkut adsobentit pystyvät vangitsemaan PFAS-molekyylejä huokoiseen rakenteeseensa, kun taas toiset materiaalit käynnistävät vedessä kemiallisia reaktioita, jotka helpottavat yhdisteiden poistamista.
"Tällä hetkellä lupaavimpia menetelmiä ovat adsorptio rakeisella aktiivihiilellä ja ioninvaihtohartsien hyödyntäminen. Ne ovat osoittautuneet tehokkaiksi pitkäketjuisten PFAS-yhdisteiden suhteen. Niiden suorituskyky lyhytketjuisten PFAS-yhdisteiden kohdalla on kuitenkin heikko."
PFAS-yhdisteiden poistamisesta tekee haastavaa niiden monimuotoisuus. Jokaisella yhdisteellä on omat ainutlaatuiset ominaisuutensa. Jotkin ovat vesiliukoisempia, kun taas toiset väistelevät paremmin erilaisia käsittelymenetelmiä. Tämän takia ei ole olemassa yhtä menetelmää, joka toimisi kaikkien yhdisteiden kohdalla.
Bhatnagarin tutkimusryhmä aloittaa systemaattisen tutkimuksensa poistomenetelmistä kesällä 2024. Kunnianhimoista hanketta tukee JAES:ltä saatu merkittävä rahoitus. Ryhmä tutkii pääasiassa adsorptiomenetelmiä, mutta voi alustavista tuloksista riippuen testata myös eri menetelmien yhdistämistä. Tutkimuksia jatketaan ja laajennetaan tulevaisuudessa lupaavimmiksi osoittautuvien materiaalien ja menetelmien osalta.
LUT on Suomen johtava yliopisto veteen liittyvässä tutkimuksessa
Vesi on yksi LUTin neljästä keskeisestä tutkimusteemasta, ja LUT onkin Suomen johtava yliopisto veteen liittyvässä tutkimuksessa. Syksyllä 2024 LUT järjestää kansainvälisen International Conference on Emerging Trends in Water Treatment 2024 -konferenssin, jossa pohditaan ratkaisuja puhtaan veden saatavuuden varmistamiseksi myös tulevaisuudessa.
Bhatnagar korostaa LUTin poikki- ja monitieteisen lähestymistavan tärkeyttä vesitutkimuksessa.
"Monipuolinen asiantuntemus ja mahdollisuus yhdistää erilaisia näkökulmia tarjoavat LUTille hyvän perustan puhtaaseen veteen liittyville innovaatioille ja yliopiston johtavalle roolille ympäristön ja resurssien säästämiseen tähtäävässä työssä."
Lisätietoja:
