Elektrisitet-renser-grundvandet

Elektricitet renser forurenet grundvand

Umiddelbart lyder strøm og vand ikke som den bedste kombination. Men Bente Højlund Hyldegaard har fundet ud af, at man kan rense forurenet grundvand ved at sætte strøm til det.
21/9 2020

Tænker du nogensinde over, hvor det rene vand, der løber ud af hanen derhjemme, kommer fra? Inden det flyder rundt i dit vandglas, har det gennemgået en proces for at sikre, at det er drikkeklart. Flere steder i Danmark er undergrunden nemlig forurenet med det, der kaldes klorerede opløsningsmidler. Disse giftige rensemidler blev flittigt brugt til bl.a. tøjrens i 60’erne og 70’erne. I dag har man dog sat strenge regler ind for, hvor og i hvilket omfang opløsningsmidlerne må bruges, da forskning viser, at de kan være kræftfremkaldende. Alligevel kæmper mange danske regioner med de giftige kemikalier, som i løbet af de sidste årtier er sivet gennem jorden og ned i vores grundvand. Måden, vi renser grundvandet på i dag, er desværre både dyr og langsom. Derfor har forsker Bente Højlund Hyldegaard bogstaveligt talt sat strøm til problemerne; hun har fundet ud af, at man kan rense grundvandet med elektricitet.

Elektrisk rens

I Danmark er det mest udbredte rensningssystem til grundvand i Danmark et ’pump and treat’-anlæg:

”Metoden går ud på, at man pumper vand op af undergrunden og leder det igennem aktivt kul, som forureningen binder sig til. Man opløser altså ikke de giftige stoffer, og kullet skal efter brug håndteres som forurenet affald”, forklarer Bente Højlund Hyldegaard.

Af den grund er man begyndt at fokusere på alternative rensningsmetoder, der både kan minimere affaldsstrømmen, er billigere og sætter et mindre CO2 aftryk. Bente Højlund Hyldegaard blev sat på opgaven via en erhvervs-PhD, og efter mange dage og søvnløse nætter i DTU’s laboratorier samt på en testgrund i Skovlunde, der er ejet af Region Hovedstaden, har hun udviklet en mere effektiv rensningsmetode – som ikke kræver andet end elektrisk strøm.

60 timer uden søvn

Der er ikke nogen tvivl om, at Bente Højlund Hyldegaards forskning har ført vigtige resultater med sig for både mennesker og naturen, men vejen dertil har ikke været flydende. De første to år bestod af mange praktiske problemer. Det var især vanskeligt at udvikle en forsøgsopstilling, der kunne anvendes til at undersøge metoden. Efter flere forskellige forsøgsmodeller og en tur til USA fandt Bente Højlund Hyldegaard frem til en opstilling. Den krævede observation i henholdsvis 37 og 60 timer ad gangen, mens hun lukkede gasser ud af en lukket beholder mellem hvert 5.-15. sekund, så den ikke sprang i luften.

“Der er aldrig nogle, der har bedt mig om at stå i laboratoriet dag og nat, men nu havde jeg så længe kæmpet for, at metoden skulle virke. Derfor ville jeg selvfølgelig gerne afprøve den og få nogle resultater.”

Det kræver en 100 procent dedikation – og mere til – at holde sig vågen i 60 timer ad gangen. Bente Højlund Hyldegaards ekstraordinære indsats bunder i en drivkraft, der handler om meget mere end at få et forsøg til at lykkedes. Det handler med hendes egne ord om at genere ny viden og dermed finde nye løsninger, der kan være med til at gøre en forskel for os alle sammen.

”I det hele taget har det været afgørende for mig at øge vidensniveauet, så vi får et bedre alternativ til de måder, vi renser grundvandet i dag – så er jeg sådan set ligeglad med, at der er nogle dage, jeg ikke får sovet.”

Elektrisitet-renser-grundvandet_2

Billede fra 37-timers forsøg udført ved DTU ved temperaturer tilsvarende dem for vores grundvand (ca. 8 C). Copyright: Søren Hyldegaard.

En mere naturlig måde at rense grundvandet

Helt lavpraktisk går Bente Højlund Hyldegaards metode ud på, at man borer huller i jorden og efterfølgende sætter elektroder ned i dem. Elektroderne bliver placeret på tværs af det område, hvor grundvandet skal renses. På den måde strømmer grundvandet igennem en mur af elektroder:

”Når man sætter strøm til elektroderne, bliver vandet spaltet. Det hedder elektrolyse”, indleder Bente Højlund Hyldegaard og fortsætter:

”Der er to forskellige slags elektroder: En anode og en katode. Ved hver elektrode bliver der dannet forskellige spaltningskomponenter af vandet. Det vil sige, at der bliver skabt to forskellige zoner. Den ene zone er oxiderende og i stand til at nedbryde én del af de klorerede opløsningsmidler. Den modsatte elektrode skaber reducerende forhold, som kan nedbryde andre dele inden for den samme gruppe af forurening.”

Elektrokemisk nedbrydning af klorerede opløsningsmidler i grundvand

Vand splittes via elektrolyse ved elektroderne, der danner reducerende hhv. oxiderende zoner omkring elektroderne samt forskellige radikaler ud fra eksisterende grundvandskemi. Det danner grundlag for fem forskellige nedbrydningsveje for de klorerede opløsningsmidler i den elektrokemiske zone, hvoraf eksempler på tre reaktionerskemaer er vist. Copyright: Bente Højlund Hyldegaard.

 

Ud over disse to måder at nedbryde de giftige stoffer har Bente Højlund Hyldegaard observeret andre kemiske processer, der opstår, når hun sætter strøm til vandet:

”I strømprocessen bliver der f.eks. dannet brint og hydroxid, hvoraf noget yderligere omdannes til såkaldte radikaler. Radikalerne går også ind og nedbryder de klorerede opløsningsmidler, lige så snart de kommer ind i den elektrokemiske zone”.

Chlorinated-solvent-degradation-pathways_colour_Bente_september_lineær

Diagram over nedbrydningsveje for de klorerede opløsningsmidler i den etablerede elektrokemiske zone. Copyright: Bente Højlund Hyldegaard.

Man skal holde tungen lige i munden, når Bente Højlund Hyldegaard forklarer, hvad der rent kemisk sker, når der sættes strøm til grundvandet. Fordelen ved metoden er dog nem at forstå, for modsat et ’pump and treat’-anlæg, hvor der anvendes aktivt kul, udnytter man kun den kemi, som er naturligt tilstede i jorden.

Vigtige resultater

”Resultaterne viste, at man ved at sætte strøm til grundvandet, kan fjerne mere end 99% af forureningen, der består af en blanding af de her forskellige klorerede opløsningsmidler, som vi ofte ser i undergrunden”, fortæller Bente Højlund Hyldegaard.

Med det resultat kom koncentrationerne af forurening under grundvandskvalitetskriterierne for, hvornår vand er sikkert at drikke.

”Det vigtigste fund i min forskning er, at vi kan komme under de grundvandskvalitetskriterier, der er sat i Danmark, og som er blandt de skrappeste i verden – uden at tilsætte noget som helst andet end elektrisk strøm til vandet.”

I Danmark er vi heldige – både fordi der bliver målt på kvaliteten af vandet, og fordi der også bliver gjort en indsats for at beskytte det. Og det er livsnødvendigt, at vi gør det, pointerer Bente Højlund Hyldegaard:

”Gør vi ikke noget ved det forurenede vand, vil det ende med at være en kæmpe samfundsmæssig byrde. Vi bruger vand til rigtig mange ting, så vi er nødt til at passe på den ressource, vi har, for der kommer ikke mere af den. Den bliver selvfølgelig fornyet, fordi det regner. Men der er stadig kun den mængde, der er. Samtidig sættes grundvandsressourcen under pres af den globale befolkningstilvækst. Derfor er vi nødt til at opretholde en så god kvalitet som overhovedet muligt – uden at sætte et alt for tydeligt CO2-aftryk.”

Miljømæssige fordele

Den strømbaserede rensningsmetode sker via kompleks kemi, men metoden er designet, så den hurtigt kan sættes i værk – og det hele foregår nede i jorden.

”En af de væsentligste ting at fremhæve er brugen af elektricitet”, uddyber Bente Højlund Hyldegaard, ”for det betyder, at man kan kombinere den med vedvarende energikilder som f.eks. solpaneler eller vindenergi. På den måde kan man i princippet gøre rensningsmetoden CO2-neutral.”

Når man taler om forurening i undergrunden, er det ofte de folkesundhedsvidenskabelige konsekvenser, som bliver nævnt. For Bente Højlund Hyldegaard er det dog også vigtigt at pointere, at de giftige stoffer heller ikke er sunde for miljøet:

”Vi har jo også et ansvar over for den verden, vi lever i, og den natur, der omgiver os. Derfor skal vi håndtere de forureninger, vi selv har skabt, så skånsomt for miljøet som muligt.”


Nyhedsbrev