Danmarks grundvand og dermed også drikkevand bliver mere og mere forurenet - i dag indeholder 25 procent af alle grundvandsboringer pesticider og industrikemikalier. 10 procent af brøndene indeholder sågar niveauer af forurening, der er højere end det anbefalede for drikkevand, og mange brønde lukker derfor årligt.
Situationen er specielt kritisk i de fjerneste afkroge af landet eller på småøerne, hvor der sjældent er adgang til mere end én drikkevandsbrønd at trække vand fra. Denne del af danskerne er derfor afhængige af, at vandet fra netop deres vandværk er pesticid- og kemikaliefrit.
Problemstillingen har fået Danmarks Tekniske Universitet (DTU) til at stable et forskningsprojekt på benene, hvor forskerne skal forsøge at fjerne pesticider og industrikemikalier fra drikkevandet, inden folk sætter det til læberne.
Det vil forskerne gøre ved at lade vand passere gennem en søjle med et stort indhold af jern-nanopartikler. Når vand passerer igennem søjlen, skulle nanopartiklerne meget gerne bryde pesticiderne og kemikalierne ned.
»Ved at nedbryde de skadelige stoffer, kan vi få forbedret vandkvaliteten markant og sikre, at udsatte områder i Danmark og resten af Europa også har rent drikkevand i fremtiden,« fortæller postdoc Yuhoon Hwang fra DTU Miljø, hvis projekt er finansieret af Det Frie Forskningsråd.
Skrotjern benyttes til at rengøre vand
\ Fakta
Postdoc Yuhoon Hwang har modtaget en bevilling på 2.350.080 kroner fra Det Frie Forskningsråd til projektet 'Towards water detoxification by nano zero valent iron based column materials'.
Jern har allerede i dag en vigtig rolle i vandrensning. Vandværker bruger blandt andet skrotjern til at fjerne pesticider og andre uønskede kemikalier fra drikkevandet.
Når jern og eksempelvis et pesticid er tæt på hinanden i vandet, overfører jern elektroner til pesticidet, hvilket resultater i, at jernet bliver opløst i vandet, mens pesticidet bliver brudt ned til komponenter, der ikke er skadelige.
I fagsprog bliver jernet oxideret, mens pesticidet bliver reduceret.
Problemet er blot, at reaktionshastigheden mellem jern og vand er alt for langsom til at håndtere de mængder pesticider, der findes i mange grundvandsområder i dag.
Derfor skal reaktionshastigheden sættes op, hvis ikke vandværker skal lukkes. Det mener Yuhoon Hwang at have en løsning på.
»Ved at have jern på nanoform øger vi drastisk dets overfladeareal og dermed også kontaktfladen med vandet. Det gør reaktionen meget hurtigere, så den samme mængde jern kan håndtere større mængder pesticider på kortere tid,« siger Yuhoon Hwang, der brugte hele sin ph.d.-afhandling på at studere reaktionen mellem jern på nanoform og forurenende elementer i drikkevand.
Nanopartikler skal sættes fast på noget
Problemet med partikler i nanoform er dog, at de ikke bliver opfanget af vandværkernes filtre og derfor vil ende op med at komme ud af vandhanen hjemme hos hr. og fru Danmark. Derfor bliver nanopartiklerne nødt til at blive indkapslet i et andet materiale, hvis de skal kunne bruges til at rense vandet.
Her arbejder Yuhoon med forskellige løsningsmodeller, der indbefatter designer-materialer fra Sydkorea og aktivt kul, der i forvejen bruges i vandværker til at opfange urenheder.
Ved hjælp af simple kemiske reaktioner kan Yuhoon Hwang få jern-nanopartiklerne til at hægte sig fast på alle overflader i eksempelvis porøst, altså skrøbeligt og forgængeligt, aktivt kul. Det aktive kul kan så bruges i en søjle, som vandet kan filtreres igennem.
»Med en overflade af nano-jernpartikler får det aktive kul en ekstra egenskab i form af evnen til at trække pesticider og industrikemikalier ud af vandet. Det øger værdien af det aktive kul i vandrensning gevaldigt,« siger Yuhoon Hwang.
Skal løse disse problemer
Der er dog nogle problemer, som Yuhoon Hwang først skal overkomme, inden filtre af aktivt kul med indkapslede jern-nanopartikler kan blive en realitet i vandrensning.
\ Fakta
Nanopartikler er definitionen på partikler, der er mellem 1 og 100 nanometer store. En nanometer svarer til en milliardnedel meter. I dag benyttes nanopartikler i en lang række produkter som solcremer, antigrafitti-maling, selvrensende vinduer, ridsefri brilleglas og solceller. Nanopartiklernes ringe størrelse er årsagen til, at nogle forskere er bekymret over brugen af dem. Det frygtes, at partiklerne kan gå igennem huden, penetrere celler og interagere med kroppens biomolekyler.
For det første skal Yuhoon Hwang finde ud af, om aktivt kul overhovedet er den bedste løsning, eller om et kunstigt fremstillet materiale er bedre egnet til at immobilisere de store mængder reaktive jern-nanopartikler.
Han skal teste forskellige materialer, der er fremstillet af samarbejdspartnere på Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).
For det andet kan andre molekyler end pesticider og industrikemikalier finde på at reagere med jern i vandet – ilt, blandt andet. Da der er meget mere ilt end kemikalier i vandet, risikerer jern-nanopartiklerne at blive brugt op på at reagere med ilt, hvilket vil gøre filtrene til en kortsigtet løsning.
Derfor er Yuhoon Hwang nødt til at finde metoder til at kontrollere, hvilke stoffer jern-nanopartiklerne kan reagere med, og hvilke de ikke kan reagere med.
»Man kan selvfølgelig fjerne ilt fra vandet ved hjælp af eksempelvis svovl. Det vil være den nemmeste løsning. Man kan også forestille sig, at vi kan overfladebehandle jernpartiklerne med forskellige stoffer, der kun tillader, at kemikalier og ikke ilt kommer i nærheden af det reaktive jern. Det er den slags ting, vi skal finde ud af de næste to år,« fortæller Yuhoon Hwang, der regner med at have et færdigt produkt klar til den tid.
