Funktionellt, interaktivt, säkert och hållbart – det har varit definitionen av smarta material för forskningsprogrammet Mistra TerraClean. Programmet startade 2017 och har arbetat med att utveckla tekniker och material som kan rena luft och vatten från föroreningar. För att undvika att bygga in negativa effekter för människa och miljö i materialen har en särskild metod utvecklats inom Mistra TerraClean.

Metoden LCBROM (Life cycle-based risk and opportunity mapping) handlar om att tidigt identifiera både miljö- och hälsorisker samt innovationsmöjligheter för material eller processer med låg teknisk mognadsgrad. Då flera av forskarna inom Mistra TerraClean även arbetar inom det pågående forskningsprogrammet Mistra SafeChem används metoden även inom det programmet.

– Att driva ett stort transdisciplinärt program innebär både utmaningar och möjligheter. Tid och tillit är superviktigt för att få arbetet att fungera och skapa engagemang och respekt för varandras frågor och områden. En gemensam infrastruktur har varit mycket givande, säger Ulrica Edlund, programchef för Mistra TerraClean.

Rening av PFAS i dricksvatten

Under programmets gång lades allt större fokus på PFAS-föroreningar. Inom Mistra TerraClean utvecklades en teknik som i laboratorieförsök renade vatten från PFAS med över 90 procent. Studien gjordes tillsammans med RISE och IVL Svenska Miljöinstitutet. I slutet av programmets första fas testades tekniken i större skala i en pilotanläggning i Hammarby Sjöstadsverk för att se om den fungerar för större vattenvolymer och under en längre tid. Även kemisk komposition, halter och toxicitet hos de föroreningar som skapas vid infångningen utreddes. Pilotförsöken visade goda resultat och tekniken vidareutvecklas nu för att fungera i större skala.

Tekniken utvecklades av Joydeep Dutta, professor i material- och nanofysik på KTH, och bygger på så kallad CDI-teknik. Den används initialt för avsaltning och har nu även visat sig vara effektiv för infångning av PFAS.

– Tekniken bygger på rör med ett flexibelt material av aktivt kol som rullas upp som cigarrer och fungerar därmed som ledande elektroder för att fånga upp PFAS-föroreningarna. Vattnet flödar genom rören och låg spänning appliceras på elektroderna som fångar upp PFAS-molekylerna. När elektriciteten slås av frigörs molekylerna som då kan samlas upp i en högkoncentrerad rejekttank, förklarade Joydeep Dutta när pilotförsöken pågick.

För sitt arbete med att rena dricksvatten från PFAS tilldelades Mistra TerraClean VA-priset 2021.

Utvecklat sensor med hjälp av MOF

2025 gick Nobelpriset i kemi till tre forskare som bidragit till utvecklingen av metallorganiska ramverk, så kallade MOF:ar (Metal-Organic Framework). Inom ett av Mistra TerraCleans projekt utvecklade forskare vid Uppsala universitet och Rise en sensor som baseras på MOF samt undersökte möjligheterna att rena vatten från PFAS med tekniken.

Enligt programchef Ulrica Edlund är en målsättning att sensorn ska kunna användas i fält, vid exempelvis mätning i brunnar, och för att övervaka reningsprocesser av PFAS. Forskarna bakom sensorn arbetar nu aktivt med en vidareutveckling tillsammans med samarbetspartners.

Kritiska metaller från gruvavloppsvatten

Ett annat projekt inom Mistra TerraClean har undersökt hur sällsynta jordartsmetaller, som är avgörande för utvecklingen av grön teknik, kan återvinnas från gruvavloppsvatten. Forskare vid IVL Svenska Miljöinstitutet har i pilotskala testat en membranbaserad teknik som kan återvinna dessa kritiska metaller med över 90 procents effektivitet.

Enligt projektledare Johan Strandberg, IVL, har man använt sig av gruvaloppsvatten eftersom det är låga koncentrationer av de metaller man vill fånga in och höga halter av störande ämnen. Fungerar tekniken med de svåra förutsättningarna, fungerar den även för tillämpningar med enklare förhållanden. För att utveckla tekniken vidare krävs längre driftsfaser och ekonomiska analyser.

Johan Strandberg har under Mistra TerraCleans programperiod arbetat ett år på WHO som Mistra Fellow. Under utbytet ingick han i WHO:s team för dricksvattenkvalitet som bland annat ansvarar för publiceringen av WHO:s standard för dricksvattenkvalitet. Under och efter utbytet som Mistra Fellow var Johan Strandberg också ansvarig för WHO:s vägledning Lead in drinking-water: Health risks, monitoring and corrective actions, en så kallad ”technical brief, som ger råd och rekommendationer för hur blyföroreningar i dricksvatten ska bedömas och hanteras.

Vikten av engagerade industripartners

Även ett ligninbaserat material, utvecklat vid KTH, har visat goda resultat för att fånga in metaller, men även PFAS-ämnen och textilfärgämnen. Det arbetet har letts av programchef Ulrica Edlund som nu har tagit patent på lösningen samt fått finansiering från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse för att utveckla en prototyp.

Ulrica Edlund lyfter fram hur viktigt det har varit med engagemanget från programmets partners. Samtidigt påpekar hon att en stor utmaning med rening av luft och vatten är volymerna. Att ta teknik som fungerar mycket väl i labbskala till större volymer är tufft. Här har programpartners intresse och engagemang varit avgörande.

– Våra partners har både delat data och gett oss möjligheter att gå från tester i laboratorium till tester i större skala. Bland annat har vi haft en testanläggning på Astra Zenecas fabrik i Södertälje för att utveckla reningsteknik för läkemedelsrester och lära oss mer om nedbrytningsprodukterna. Med hjälp av Boliden och Lovisagruvan har vi getts möjlighet att utveckla arbetet med att rena gruvavloppsvatten från metaller.

Människorna i programmet

Mistra TerraClean Academy, en intern workshopserie, startades för att stärka den tvärvetenskapliga ansatsen, kommunikationen inom programmet, kunskapsutbyte och en lärandeorienterad miljö. Besök hos programpartners för att förstå verkliga utmaningar har varit viktigt, här ett besök hos Camfil. FOTO: Mistra TerraClean

För att främja tvärvetenskapligt utbyte och nyttja synergier mellan luft- och vattenföroreningar började Mistra TerraClean i sin andra fas att bygga en arbetsstruktur runt specifika föroreningar, som tungmetaller, läkemedelsrester, PFAS och mikroplaster.

För att dela kunskap både forskare emellan samt mellan forskning och industri har Mistra TerraClean arbetat aktivt med kunskapsutbyte. Ulrica Edlund berättar att de har arbetat fram en nomenklatur, lagt mycket tid och engagemang på internkommunikation samt arrangerat en lång rad workshops – om allt från ”LCA for dummies” till mer specifika som membranworkshops. Både styrelsen och stora delar av hela forskningsprogrammet har åkt på studiebesök till industripartners.

– Det absolut viktigaste resultatet från programmet är alla människor som har varit med i arbetet och de kontakter som har knutits dem emellan. Fyra doktorander har tagit examen och gått vidare till arbete inom industrin. Vi har haft möjlighet att både dela infrastruktur och kunskap över disciplingränser samt mellan aktörer och sektorer. Inom vårt initiativ Mistra TerraClean Academy har vi fostrat nästa generations forskare inom toxikologi, livscykelanalys och materialutveckling som kommer att fortsätta bidra med sin kompetens och kunskap, säger Ulrica Edlund, programchef för Mistra TerraClean.

Läs mer om Mistra TerraCleans arbete i programmets slutrapport.