“Eerst dacht ik dat het een grap was”, zegt Joris Dijkstra, ECN-onderzoeker. In mei ontvingen hij en zijn medeonderzoekers Hans van der Sloot en Rob Comans een brief van de internationale geochemische vereniging (IAGC) met het vriendelijke verzoek de Hitchon-prijs in Canada in ontvangst te komen nemen. “Toen de brief eenmaal echt bleek, sprongen we een gat in de lucht.”

In 2006 beschreven Dijkstra en zijn collega’s, werkzaam bij de unit Biomassa, Kolen en Milieuonderzoek (BKM), in het tijdschrift Applied Geochemistry van de IAGC, hoe zij het uitspoelen van verontreinigingen uit een afvalstof in hun laboratorium kunnen meten en ook vrij nauwkeurig kunnen voorspellen. Intussen is het artikel meer dan 40 keer aangehaald in andere wetenschappelijke artikelen. Maar dat niet alleen. De IAGC ziet dit als het meest onderscheidende artikel van het blad in de afgelopen drie jaar en honoreert de auteurs daarom met de Hitchon-prijs.

ECN-methode wetenschappelijk erkend

Dijkstra: “Onze groep (Risicobeoordeling Milieuverontreiniging) werkt aan universeel toepasbare methoden om het uitspoelen van verontreinigen door regenwater, ofwel uitloging te kunnen voorspellen. Dat is van belang voor het inschatten van de risico’s bij het hergebruik van verontreinigde materialen voor bijvoorbeeld het ophogen van wegen en het aanleggen van geluidswallen. Het kan gaan om reststoffen, zoals vliegas van energiebedrijven, bodemas van vuilverbrandingsinstallaties en om baggerspecie en verontreinigde grond. Zolang de stoffen, zoals verbindingen van zware metalen, blijven zitten waar ze zitten is er weinig gevaar. Maar wanneer ze uitspoelen, vormen ze een risico voor de leefomgeving. Vandaar dat goede inschattingen belangrijk zijn.”

Universele meetwijze
Gewoonlijk onderzoeken laboratoria elk verontreinigd materiaal apart en komen zo tot voorspellingen die alleen voor dat specifieke materiaal opgaan. Dijkstra: “Tot nu toe waren er geen methoden om dit beter aan te pakken. Wij zijn op zoek gegaan naar universele meetmethoden en moesten hiervoor inzicht krijgen in de chemische en fysische processen die ten grondslag liggen aan uitloging. Hiervoor hebben we proeven gedaan met bodemas van vuilverbrandingsinstallaties, een materiaal dat veel wordt hergebruikt in de wegenbouw. In het prijswinnende artikel beschrijven we hoe we keken naar de uitloging bij verschillende zuurgraden en tijdsperiodes.
Veel bodems zijn neutraal met een pH van rond de 7. Maar bij verontreinigde as is de pH soms wel 12 of 13. In de praktijk neemt de pH bij uitloging snel af. “Voor de ene stof heeft dat een afname van de uitloging tot gevolg, voor de andere een toename”, legt Dijkstra uit. “Vandaar dat we met verschillende pH’s hebben gewerkt om dit soort zaken beter te kunnen voorspellen. Telkens hebben we de pH op een bepaalde waarde constant oftewel statisch gehouden en spreken daarom van de pH-stat-methode. De uitkomsten bij verschillende pH’s leveren samen een soort vingerafdruk van het materiaal op.”

Gedegen model, geen empirische formule
De gegevens in het artikel zijn afkomstig van proeven uit 1998, toen Dijkstra aan zijn promotieonderzoek bij ECN begon. Maar de eerste jaren beschikte hij niet over een chemisch-fysisch model om de meetwaarden goed te kunnen verklaren. Hij zocht naar een gedegen model. “Het was in elk geval niet mijn bedoeling om een empirische formule op te stellen waarmee ik een mooie vloeiende lijn door de meetwaarden zou kunnen trekken, want die zou alleen voor het materiaal van die test geschikt zijn en niet universeel toepasbaar zijn. Om zo’n model te kunnen opstellen moest ik eerst meer te weten komen over de chemische en fysische processen bij uitloging.”
Pas in 2004 viel het kwartje toen hij zijn proefschrift aan het schrijven was. “We waren inmiddels te weten gekomen dat opgeloste organische stoffen een belangrijke rol spelen bij de uitloging van zware metalen. Dit opende de weg om de uitloging voor een breed pakket aan materialen te voorspellen. Ook beschikten we intussen over Orchestra, een computerprogramma dat is ontwikkeld door ECN-collega Hans Meeussen, waarmee we de chemische en fysische processen veel gemakkelijker in een rekenmodel kunnen verwerken. Verder had ECN-onderzoeker André van Zomeren net een model ontwikkeld, waarmee hij de binding van zware metalen aan organische stoffen van natuurlijke oorsprong kan voorspellen. Op een gegeven moment dacht ik: “Als we die gegevens bij elkaar voegen, laten we eens kijken hoe ver we komen met het voorspellen van de meetwaarden.” Met het vernieuwde model bleken de voorspelde waarden en de waarden uit eerdere pH-proeven ineens veel beter bij elkaar aan te sluiten.”

Chemisch evenwicht
Bij het binden of loslaten van zware metalen uit verontreinigde materialen spelen chemische evenwichtsreacties een belangrijke rol. Bij de proeven hebben de onderzoekers steeds aangenomen dat er een chemisch evenwicht was, terwijl daarvan in werkelijkheid bijna nooit sprake was. Dijkstra: “Aanvankelijk was dat ook de kritiek op ons onderzoek. In ons artikel tonen we aan, dat we toch niet ver van de evenwichtssituatie afzitten. Daardoor kunnen we met dit model de toe”- of juist afname van uitloging in de tijd toch goed verklaren. De inzichten in de mechanismen die hierbij een rol spelen zijn universeel, dus ook bruikbaar voor andere typen uitloogtesten.”

Toepassing
ECN doet het onderzoek naar uitloging van verontreinigde materialen grotendeels in opdracht van het ministerie van VROM, maar werkt ook voor bedrijven. VROM stelt regels op voor het gebruik van dit soort materialen, maar ook voor relatief schone bouwstoffen. Dijkstra: “Met onze nieuwe inzichten en andere kennis hebben wij het ministerie kunnen helpen bij het opstellen van het nieuwe Besluit Bodemkwaliteit. Dat geldt voor bouwstoffen, grond en baggerspecie en is op 1 januari 2008 ingegaan. VROM reikte de uitgangspunten aan, bijvoorbeeld het soort grond, de dikte ervan en het aantal millimeters regen per jaar. Wij hebben in samenwerking met RIVM, uitgerekend welke stoffen kunnen vrijkomen en hoe snel die zich in de bodem kunnen verspreiden.”
De zaak ligt niet altijd zo logisch. Volgens Dijkstra is het juist de kleine ‘uitloogbare’ fractie die het milieurisico bepaalt en niet het grootste deel van de verontreinigingen dat sterk gebonden is en niet van zijn plaats komt. Met deze inzichten kunnen we ook aan producenten advies geven over het tegengaan van uitloging in veel toegepaste reststoffen, zoals as van verbrand huisvuil.”

Europese richtlijn
ECN probeert de testmethode gestandaardiseerd te krijgen voor de Europese bouwstoffenrichtlijn die op het ogenblik in de maak is. Dijkstra: “Inmiddels is onze methode al omarmd door het Europese normalisatie-instituut CEN, de internationale organisatie van standaardisatie ISO en het Amerikaanse Environmental Protection Agency. Als de methode de komende jaren een grote vlucht gaat maken, zal er behoefte zijn aan een handzame testopstelling. Daarom heeft ECN een licentie verleend aan Rohasys, specialist in laboratoriumautomatisering. Dit bedrijf gaat de pH-stat-methode robotiseren en aanbieden op de markt.
Trots is Dijkstra vooral op het wetenschappelijke resultaat: “Ons onderzoek is een mooi voorbeeld van een wetenschappelijke cyclus: hypothese, model, meting en toetsing van de hypothese met als uiteindelijk resultaat een universeel bruikbare methode.”

Contact
Joris Dijkstra
ECN Biomassa, Kolen & Milieuonderzoek,
Risicobeoordeling Milieuverontreiniging
Tel.: 022 456 8161
E-mail: Joris Dijkstra

Info
Klik hier om een samenvatting te lezen van het wetenschappelijke artikel in Applied Geochemistry. 

Tekst: Erik te Roller

Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/