We use cookies from third party services for marketing activities and to offer you a better experience. Read about how we use cookies and how you can control them by clicking "Privacy Preferences".

Privacy Preferences

When you visit any website, it may store or retrieve information through your browser, usually in the form of cookies. Since we respect your right to privacy, you can choose not to permit data collection from certain types of services. However, not allowing these services may impact your experience.

  • Privacy Policy
    When you visit any of our websites, it may store or retrieve information on your browser, mostly in the form of cookies. This information might be about you, your preferences or your device and is mostly used to make the site work as you expect it to. The information does not usually directly identify you, but it can give you a more personalized web experience. Because we respect your right to privacy, you can choose not to allow some types of cookies. Click on the different category headings to find out more and manage your preferences. Please note, blocking some types of cookies may impact your experience of the site and the services we are able to offer.
    REQUIRED
  • Content Delivery Network
    These cookies enable the website to provide enhanced functionality and personalization. They may be set by us or by third party providers whose services we have added to our pages. If you do not allow these cookies then some or all of these services may not function properly.
    REQUIRED
  • Functional (Your preferences for this site)
    Functionality cookies allow websites to remember the user's site preferences and choices they make on the site including username, region, and language. This allows the website to provide personalized features like local news stories and weather if you share your location. They are anonymous and don't track browsing activity across other websites. Functionality cookies can include first party, third party, persistent or session cookies.
  • Statistics (Info on how we can get better)
    These cookies allow us to count visits and traffic sources so we can measure and improve the performance of our site. They help us to know which pages are the most and least popular and see how visitors move around the site, which helps us optimize your experience. All information these cookies collect is aggregated and therefore anonymous. If you do not allow these cookies we will not be able to use your data in this way.
  • Marketing (Advertisement Delivery Network)
    These cookies may be set through our site by our advertising partners. They may be used by those companies to build a profile of your interests and show you relevant adverts on other sites. They do not store directly personal information but are based on uniquely identifying your browser and internet device. If you do not allow these cookies, you will experience less targeted advertising.

Privacy policy

Veilige organofosfaat-vlamvertragers in de circulaire economie

donderdag 13 januari 2022

Synthetische chemicaliën zijn inherent aan de moderne samenleving waarin we leven en dragen bij aan gezondheid, veiligheid en comfort. De productie en het gebruik van chemicaliën nemen in een steeds sneller tempo toe.1 Een belangrijke klasse van deze chemicaliën zijn organofosfaten, die veel worden gebruikt als vlamvertragers. 

Delen

Organofosfaatverbindingen zijn verbonden met twee grote milieu-uitdagingen geformuleerd in het concept van planetaire grenzen2,3 de wereldwijde fosforcyclus en chemische vervuiling. Opvallend is dat de planetaire grens van de wereldwijde fosforcyclus al tot een kritiek niveau is overschreden.2,3 Massaal geëxploiteerde fossiele bronnen van fosfor slinken en tegelijkertijd leidt het lineaire gebruik van fosfor tot accumulatie in het milieu, waar de overmaat veroorzaakt eutrofiëring van oppervlaktewater.4,5 

Organofosfaatchemicaliën worden momenteel geproduceerd uit fossiel fosfaatgesteente, via een verspillende en energie-intensieve synthetische route met buitensporige redoxcycli (grijze pijlen, figuur 1). Fosfaatgesteente (PV) wordt eerst omgezet in witte fosfor, P4 (P0), gechloreerd tot fosfortrichloride, PCl3 (PIII), en vervolgens gefunctionaliseerd tot organofosfaatesters (PV). Fosfor wordt dus gereduceerd van oxidatietoestand +5 tot 0 in zijn elementaire vorm en vervolgens terug geoxideerd tot oxidatietoestand +5 in het fosfaatesterproduct. Deze opeenvolgende reductie en re-oxidatie vereisen grote hoeveelheden energie. Bovendien leidt het gebruik van gechloreerde tussenproducten tot de vorming van ongewenste gechloreerde bijproducten.

Tijdens hun gebruik en het stadium aan het einde van hun levensduur komen organofosfaatchemicaliën in het milieu terecht. Dit is moeilijk volledig te voorkomen, omdat ze meestal worden gebruikt als additieven op bijvoorbeeld kleding; bij het wassen van textiel dat vlamvertragers bevat, komen deze chemicaliën in het afvalwater terecht. Als gevolg hiervan zijn organofosfaten nu wijdverbreid in het milieu en worden ze regelmatig aangetroffen in Europese wateren, in biota over de hele wereld en zelfs in omgevingen zonder regelmatige menselijke activiteit, zoals ongerepte bergmeren.6-9 Bovendien zijn schadelijke effecten gevonden op mens en milieu voor sommige verbindingen van deze klasse.10 Om de hierboven geschetste uitdagingen aan te pakken, heeft Hannah Flerlage (Universiteit van Amsterdam) een systeembenadering verkend en geïmplementeerd om veilige en duurzame organofosfaatvlamvertragers te creëren die geschikt zijn voor de circulaire economie, met inachtneming van de principes van circulaire chemie.11  

Directe functionalisering van fosfaten verkregen uit afvalstromen (Figuur 1A) omzeilt de reductie tot en daaropvolgende oxidatie van elementair fosfor, waardoor de energievraag wordt verminderd en de atoomeconomie aanzienlijk wordt vergroot. Interessant is dat de vraag hoe anorganische fosforbronnen, zoals struviet, kunnen worden gefunctionaliseerd tot organische fosforverbindingen, wat een belangrijk onderwerp is van de discipline prebiotische chemie, die de chemische basis voor het ontstaan ​​van leven onderzoekt. Geïnspireerd door dit onderzoek ben ik op zoek gegaan naar redox-efficiënte synthetische routes naar organofosfaten, uitgaande van hernieuwbare fosfaatbronnen verkregen uit lokale mijnen: de lokale afvalwaterzuiveringsinstallaties (AWZI's). Om emissie naar het milieu te voorkomen die eutrofiëring van het oppervlaktewater voorkomt, worden fosfaten in afvalwater steeds vaker teruggewonnen als struviet (NH4MgPO4·6H2O). Ik streef ernaar om struviet direct om te zetten in veilige organofosfaten.

Hoewel de synthese het begin is van de levenscyclus van een chemische stof, is deze fase kort in vergelijking met de gebruiksfase en de fase aan het einde van de levensduur. Om in te zoomen op de uitdaging richt ik me in het bijzonder op één organofosfaat vlamvertrager, tri-isobutylfosfaat (TiBP). Jaarlijks wordt in de EU 1.000 – 10.000 ton TiBP onder andere gebruikt als additief vlamvertrager voor textiel, zoals in brandweerkleding.12 Als zodanig is deze verbinding aangetroffen in oppervlaktewater en werd daarom toegevoegd aan een lijst van stoffen die een potentieel gevaar voor het milieu kunnen opleveren.13 Als het textiel dat TiBP bevat wordt hergebruikt en gerecycled, blijft TiBP uitlogen naar het milieu. De aanwezigheid van dit chemische additief belemmert dus een circulaire materiaalstroom. Ontwerpen voor recycling of afbreekbaarheid in het geval van moeilijk terug te winnen additieven, is een kernprincipe van Circulaire Chemie. Door minder gevaarlijke en minder persistente alternatieven te ontwerpen, wordt de duurzaamheid van een chemische stof gedurende de hele levenscyclus na de productie aangepakt.

Ik heb een raamwerk ontwikkeld voor het systematische, computerondersteunde herontwerp van industriële organofosfaten voor verbeterde milieu-eigenschappen. Het gebruik van cheminformatica-tools is geïnspireerd op processen voor het ontdekken van geneesmiddelen en opent nieuwe mogelijkheden om het ontwerp te sturen. Voor mijn casestudy werden talrijke alternatieve organofosfaatstructuren voor TiBP gegenereerd in silico en gescreend met QSAR-tools (Quantitative Structure Activity Relationships) voor verbeterde biologische afbreekbaarheid. Het ontwerpen van additieven zoals TiBP voor biologische afbreekbaarheid (Figuur 1B) is een belangrijke manier om vervuiling te voorkomen: als de chemicaliën niet in het milieu blijven bestaan, wordt het risico van transportaccumulatie over lange afstand in biota en dus overschrijding van chronische effectniveaus verminderd. In plaats daarvan wordt de chemische stof afgebroken en komt in de natuurlijke fosforcyclus.

Ik heb QSAR-tools gebruikt, zoals opgenomen in de software EpiSuite van de Amerikaanse EPA, om lacunes in de gegevens in chemische beoordelingen in regelgevende contexten op te vullen om de kosten te verlagen en dierproeven te vermijden. Het screenen van de ca. 8,2 miljoen moleculen die ik heb gegenereerd, leverden een virtuele bibliotheek op van ongeveer 46.000 organofosfaatstructuren die werden geclassificeerd als gemakkelijk biologisch afbreekbaar. Voor deze moleculen werden verschillende milieurelevante eigenschappen voorspeld met verdere QSAR-modellen: atmosferische halfwaardetijden, bodemadsorptiecoëfficiënt, log Kow, oplosbaarheid in water, dampdruk, atmosferische halfwaardetijden, bioconcentratiefactor en genotoxiciteit. De alternatieve chemische structuren werden gerangschikt op basis van hun voorspelde eigenschappen. Belangrijk is dat een alternatieve chemische stof voor TiBP met minder gevaarlijke milieu-eigenschappen het veilige hergebruik en recycling van het textiel waarop het wordt aangebracht, mogelijk maakt. Uit de verbindingen die het hoogst waren gerangschikt op basis van hun voorspelde eigenschappen, selecteerde ik de beste kandidaten, door te kijken naar synthetiseerbaarheid, beschikbaarheid van mogelijke uitgangsmaterialen en chemische stabiliteit. Om de werking ervan te kunnen verifiëren, heb ik met succes de alternatieve verbinding di-n-butyl ethanolfosfaat gesynthetiseerd, waarvan het experimenteel testen van fysisch-chemische eigenschappen en eigenschappen gerelateerd aan gevaren voor het milieu momenteel aan de gang is.

Het herontwerp van de verbinding die voor deze case study is gekozen, laat zien hoe een geïntegreerde benadering en levenscyclusdenken het ontwerp van veilige en duurzame chemicaliën mogelijk maakt. Deze studie zal dienen om barrières in verband met chemische additieven weg te nemen en de weg vrij te maken voor een veilige circulaire economie.

Dit artikel is een vertaling van de ingestuurde samenvatting van het onderzoek van Hannah Flerlage. Onder voorbehoud van fouten voortkomend uit de vertaling. Klik hier voor het originele Engelstalige document.

Referenties

(1) United Nations Environment Programme. Global Chemicals Outlook II. From Legacies to Innovative Solutions: Implementing the 2030 Agenda for Sustainable Development. Synthesis Report, 2019.
(2) Diamond, M. L.; Wit, C. A. de; Molander, S.; Scheringer, M.; Backhaus, T.; Lohmann, R.; Arvidsson, R.; Bergman, Å.; Hauschild, M.; Holoubek, I. et al. Exploring the planetary boundary for chemical pollution. Environment International 2015, 78, 8–15.
(3) Steffen, W.; Richardson, K.; Rockström, J.; Cornell, S. E.; Fetzer, I.; Bennett, E. M.; Biggs, R.; Carpenter, S. R.; Vries, W. de; Wit, C. A. de et al. Sustainability. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science (New York, N.Y.) 2015, 347, 1259855.
(4) Wang, M.; Hu, C.; Barnes, B. B.; Mitchum, G.; Lapointe, B.; Montoya, J. P. The great Atlantic Sargassum belt. Science 2019, 365, 83–87.
(5) Withers, P. J. A.; Elser, J. J.; Hilton, J.; Ohtake, H.; Schipper, W. J.; van Dijk, K. C. Greening the global phosphorus cycle: How green chemistry can help achieve planetary P sustainability. Green Chem. 2015, 17, 2087–2099.
(6) Baken, K. A.; Sjerps, R. M.A.; Schriks, M.; van Wezel, A. P. Toxicological risk assessment and prioritization of drinking water relevant contaminants of emerging concern. Environment International 2018, 118, 293–303.
(7) Sjerps, R. M.A.; Vughs, D.; van Leerdam, J. A.; ter Laak, T. L.; van Wezel, A. P. Data-driven prioritization of chemicals for various water types using suspect screening LC-HRMS. Water Research 2016, 93, 254–264.
(8) Kim, J.-W.; Isobe, T.; Chang, K.-H.; Amano, A.; Maneja, R. H.; Zamora, P. B.; Siringan, F. P.; Tanabe, S. Levels and distribution of organophosphorus flame retardants and plasticizers in fishes from Manila Bay, the Philippines. Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) 2011, 159, 3653–3659.
(9) Sun, Y.; Silva, A. O. de; St Pierre, K. A.; Muir, D. C. G.; Spencer, C.; Lehnherr, I.; MacInnis, J. J. Glacial Melt Inputs of Organophosphate Ester Flame Retardants to the Largest High Arctic Lake. Environmental science & technology 2020, DOI: 10.1021/acs.est.9b06333.
(10) van der Veen, I.; Boer, J. de. Phosphorus flame retardants: Properties, production, environmental occurrence, toxicity and analysis. Chemosphere 2012, 88, 1119–1153.
(11) Keijer, T.; Bakker, V.; Slootweg, J. C. Circular chemistry to enable a circular economy. Nature chemistry 2019, 11, 190–195.
(12) ECHA. Triisobutyl phosphate: Substance Infocard. https://echa.europa.eu/substance-information/-/substanceinfo/100.004.363 (accessed October 17, 2020).

(13) Alygizakis, N. A.; Oswald, P.; Thomaidis, N. S.; Schymanski, E. L.; Aalizadeh, R.; Schulze, T.; Oswaldova, M.; Slobodnik, J. NORMAN digital sample freezing platform: A European virtual platform to exchange liquid chromatography high resolution-mass spectrometry data and screen suspects in “digitally frozen” environmental samples. TrAC Trends in Analytical Chemistry 2019, 115, 129–137.

  • Innovaties
  • Recycling
  • Afvalstoffen
  • Beleid
Gerelateerde artikelen
BRBS Recycling
Feitenonderzoek immobilisatie

Een immobilisaat is volgens het Landelijk afvalbeheerplan (LAP3) een “technologische ingreep waarbij de fysische en/of chemische eigenschappen van een afvalstof worden gewijzigd, zodanig dat de kans o...

BRBS Recycling
Update Pilot brandverzekering

Een brand kan de passie wat ondernemers voor hun bedrijf voelen in één klap verwoesten. Het is één van de grootste nachtmerries voor ondernemers. 's Nachts wakker liggen van een eventuele brand of wak...

BEwerken ONLINE
Brand is niet per definitie failliet

Branden bij bedrijven zijn helaas niet voor 100% uit te sluiten. Wel is het mogelijk de kans op brand aanzienlijk te verkleinen. Burghgraef van Tiel & Partners is gespecialiseerd in het beoordelen van...

BEwerken ONLINE
Financiële zekerheid: geest uit het verleden

De overheid wil de inwerkingtreding van de Omgevingswet aangrijpen voor een uitbreiding van het instrument financiële zekerheid. Het is de bedoeling dat het bevoegd gezag afvalverwerkende bedrijven ka...

BEwerken ONLINE
Nieuwe versie AERIUS Calculator geeft hogere berekende stikstofdepositie aan

Vanaf 15 oktober 2020 moet de release van een nieuwe versie van AERIUS Calculator worden gebruikt om stikstofdepositieberekeningen uit te voeren, waarmee onder meer het effect van een industriële acti...

BEwerken ONLINE
Inventariseren Zeer Zorgwekkende Stoffen in afvalstoffen: wie is aan zet?

Veel bedrijven in de sloop- en recyclingsector worden de laatste tijd geconfronteerd met verzoeken van het bevoegd gezag om inzichtelijk te maken of, en zo ja, welke Zeer Zorgwekkende Stoffen (ZZS) in...

BRBS Recycling
Wat zijn de gevolgen van de aanwezigheid van PFAS op de circulaire economie?

Het effect van onze welvaart laat al meer dan 50 jaar sporen na in het milieu. Het is ondenkbaar geworden om te kunnen leven zonder organische kunststoffen. Bij de ontwikkeling van deze kunststoffen l...

TAG kaarten
Gemeenten kunnen helpen bij verantwoorde verwerking van teerhoudend asfalt

Er ligt nog circa 40 miljoen ton teerhoudend asfalt in het Nederlandse wegennetwerk. Om het kankerverwekkende teer conform rijksbeleid te vernietigen dient teerhoudend asfalt thermisch te worden gerei...

BEwerken ONLINE
Rekenkamer: ‘Europa heeft meer recyclingcapaciteit nodig’

Uit een analyse van de Europese Rekenkamer blijkt dat binnen de EU nog altijd meer dan de helft van al het plastic verpakkingsmateriaal wordt verbrand. De rekenkamer waarschuwt dat de doelstelling, om...

BEwerken ONLINE
Recypedia: Bijproduct

Een stof is afval of niet. Een bijproduct is geen afval.

BRBS Recycling
Voorzichtig slopen om grondstoffen te behouden

Een derde van het totale afvalvolume is bouw- en sloopafval. Bij elkaar gaat het in Nederland om ongeveer 24 miljoen ton dat voor meer dan 95% gerecycled wordt. “De branche heeft zich hard gemaakt om ...

BEwerken ONLINE
Zo komt de prijs van afvalverwerking tot stand

Als afvalinzamelaar en -verwerker én leverancier van secundaire grondstoffen heeft Renewi een bijzonder en complex bedrijfsmodel. Zowel aan de voor- als aan de achterkant zitten immers kosten en baten...

BEwerken ONLINE
Met circulair ontwerpen valt veel te winnen

Energie verbruikende of energie gerelateerde producten, zeg maar alles waar een stekker aan zit, dienen te voldoen aan de Europese richtlijn Ecodesign 2009/125/EG. In navolging van deze richtlijn besl...

Foto einde afval
Prioritering van materiaalstromen voor Europese einde-afvalcriteria

De Europese Green Deal1 heeft als doel de EU te transformeren tot een moderne, grondstoffenefficiënte en competitieve economie, vooral door economische groei te ontkoppelen van het gebruik van hulpbro...

Foto Marieke van der Werf
Circulaire economie is geen middel, maar een doel!

“De ambitie is helder: Nederland wil in 2050 volledig circulair zijn”, schrijft staatssecretaris Vivianne Heijnen in haar voorwoord bij het Nationaal Programma Circulaire Economie (NPCE) dat begin dit...

BEwerken ONLINE
Verandering van spelregels nodig

In een recent interview met Trudy Rood, senior beleidsonderzoeker en lid van het transitieteam Circulaire Economie Bouw en Aldert Hanemaaijer, Projectleider ICER beiden werkzaam bij het Planbureau voo...

betongranulaat_web
Het Circulair Materialenplan

LAP3 is een plan dat op landelijk niveau wordt opgesteld en waarmee vergunningverleners bij omgevingsdiensten rekening dienen te houden. Het LAP is daarmee bepalend voor de vraag welke activiteiten me...

BEwerken ONLINE
Op weg naar meer hergebruik met circulaire regelgeving

Platform CB’23 actieteam Toekomstig hergebruik doet aanbevelingen Afgelopen jaar heeft een nieuw actieteam Toekomstig hergebruik zich gebogen over kansen en belemmeringen in technische wet- en regelge...

BRBS Recycling
Provinciale CE plannen

Het streven naar een Circulaire Economie bevat een toezegging en uitvoering op ieder niveau. Zo hebben provincies dan ook de verantwoordelijkheid om binnen de eigen provincie een Circulaire Economie a...

Foto Jeanette_web
ZZS in afvalstoffen

Het onderwerp Zeer Zorgwekkende Stoffen (hierna: ZZS) in afvalstoffen blijft actueel. Nogmaals, ZZS zijn chemische stoffen die in producten zijn verwerkt, en als zorgwekkend voor mens en milieu moeten...

Foto_Geveleconomie
Rijksoverheid onderstreept belang van een Circulaire Geveleconomie Demissionair minister Hugo de Jonge van Binnenlandse Zaken en demissionair staatssecretaris Vivianne...

Renewi_web
Renewi opent nieuwe sorteerinstallatie voor harde kunststoffen in Eindhoven Waste-to-productbedrijf Renewi opende eerder dit jaar een nieuwe sorteerinstallatie voor harde kunst...

Seijbel Photography-0347_WEB
Vakbeurs Recycling in Gorinchem brengt de gehele afvalsector samen Onafhankelijk platform Vakbeurs Recycling, dat plaatsvindt op 12, 13 en 14 november 2024, vormt hét ...

natural-pavilion
TNO en Startblock over circulair bouwen: ‘In Holland groeit een huis’ Tot 2030 moeten er in Nederland zo’n 900.000 woningen worden gebouwd. Maar hoe krijg je die enorme w...

Foto_Obesitas
Oproep om te stoppen met massief bouwen, tenzij het niet anders kan De bouwsector lijdt aan ‘materiaalobesitas’. Dit is de mening van Herre Elsenga, algemeen directeur ...

Nieuwsbrief

* verplicht

Sponsored content

Partner content

Seijbel Photography-0347_WEB

Vakbeurs Recycling in Gorinchem brengt de gehele afvalsector samen

Onafhankelijk platform Vakbeurs Recycling, dat plaatsvindt op 12, 13 en 14 november 2024, vormt hét netwerkmoment voor de afvalsector in Evenementenhal Gorinchem. Professionals op het gebied van recyclingtechniek en afvalmanagement ontmoeten elkaar deze drie dagen, om samen de weg in te slaan naar a... lees meer

natural-pavilion

TNO en Startblock over circulair bouwen: ‘In Holland groeit een huis’

Tot 2030 moeten er in Nederland zo’n 900.000 woningen worden gebouwd. Maar hoe krijg je die enorme woningbouwopgave voor elkaar, zonder de CO2- en stikstofnormen te overschrijden? Woningen van biobased-materialen, die op geïndustrialiseerde wijze worden geproduceerd, kunnen daar een belangrijke rol ... lees meer