Grondwater dat vervuild is met natuurlijk voorkomend maar zeer giftige arseen (As) is een gezondheidsprobleem waaraan zo’n 140 miljoen mensen worden blootgesteld. Het verwijderen van het giftige element uit het grondwater is wel mogelijk, maar het benodigde proces is duur, en levert als restproduct grote hoeveelheden arseenhoudend slib op. In Science Advances beschrijven chemici Kaifang Weng en Case van Genuchten van de Geologische Dienst van Denemarken en Groenland een methode om het arseen uit het slib te halen, en om te zetten in metallisch arseen van een hoge zuiverheidsgraad, dat mogelijk bruikbaar is voor industriële toepassingen. 

Halfgeleiders

Puur arseen wordt gebruikt bij de productie van glas, bij het zuiveren van zink en in hoogwaardige technologische toepassingen in onder andere gallium-arsenide-(GaAs) halfgeleiders. Zonnepanelen van satellieten en ruimtevaartuigen worden van GaAs gemaakt omdat deze zeer efficiënt zijn, en goed bestand tegen straling. Galliumarsenide halfgeleiderschakelingen kunnen hoge frequenties verwerken, en vertonen weinig ruis.  

Mede hierdoor staat sinds 2023 arseen op de EU-lijst van Critical Raw Materials (CRM); materialen die belangrijk zijn voor de Europese industrie en daarom Europees beleid verdienen om de aanvoer te verzekeren. Op deze lijst vinden we onder meer helium, titanium, lithium, en zeldzame aardmetalen. Door arseen als bruik- en verkoopbare grondstof te behandelen, stellen de onderzoekers, kunnen landen niet alleen hun arseenprobleem aanpakken, ze kunnen er zelfs aan verdienen, en zo de waterzuivering financieren.  

Grondwater

Arseen is sinds antieke tijden al een favoriet van gifmengers. In doseringen van 70 tot 200 gram veroorzaakt het buikkrampen, diarree, en overgeven, met vaak de dood tot gevolg. In lagere doseringen leidt arseenvergiftiging tot huidafwijkingen, long- en hartproblemen, diabetes en kanker. Bij inname door zwangere vrouwen heeft het gif negatieve effecten op de cognitieve vaardigheden van het kind.  

Arseen komt van nature voor in de bodem en het grondwater en vormt daarmee een probleem in onder meer India, China, Argentinië, Mexico en de VS. Niet alleen is opgepompt water ongeschikt als drinkwater, ook gewassen die ermee geïrrigeerd zijn en vervolgens worden geconsumeerd, bevatten het gif. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie krijgen ongeveer 140 miljoen mensen water binnen meer dan 10 microgram arseen per liter, de maximale waarde volgens de WHO-richtlijn.  

Extractie

Een standaardproces om arseen uit grondwater te zuiveren is adsorptie aan ijzer(III)oxidedeeltjes in een vastebedapsorptie met bijvoorbeeld zand. Dit vangt arseniet af (verschillende As(III)-anionen met de formule As_xO_y,) en arsenaat (As(V) in de vorm van AsO₄^3-) af. Tegelijkertijd levert dit proces enorme hoeveelheden giftig slib op, soms honderden tonnen per jaar per zuiveringsinstallatie. Dat slib moet weer worden opgeslagen, met kosten en milieurisico’s tot gevolg. De Deense onderzoekers presenteren nu een tweede processtap waarin het arseniet en arsenaat met 1 molair natronloog uit het slib worden geëxtraheerd. Daarna worden de ontstane arseenzouten met het goedkope bleekmiddel thioureum-dioxide (TDO, formule (NH)(NH₂)CSO₂H) gereduceerd tot metallisch arseen.  

Tussen 98 en 99 procent van het arseen wordt zo weggevangen, rapporteren de chemici. De reactie levert meer dan 99 procent zuivere, metallische As(0)-nanodeeltjes op van zo’n 20 tot 30 nanometer diameter. Uit analyse met de röntgentechnieken XANES en EXAFS bleek dat het gaat om amorf arseen, in tegenstelling tot het kristallijne arseen dat industrieel wordt verkocht. Voor veel metalen geldt dat de amorfe form interessante eigenschappen heeft die de kristallijne vorm niet heeft, melden de auteurs. Maar optimalisatie, opschaling en een laatste reactiestap naar industrieel verkoopbaar arseen vragen nog verdere ontwikkeling.  

Koperproductie

Benjamin Sprecher, onderzoeker aan de TU Delft gespecialiseerd in duurzaam ontwerpen en industriële milieu-effecten, is sceptisch over de bruikbaarheid van grote hoeveelheden arseen, hoe puur ook. ‘Het is natuurlijk altijd nuttig om arseen uit slib te halen omdat het giftig is. Maar ze springen wel echt op de CRM-hype met die framing in het artikel’, vindt hij. ‘Arseen staat op de CRM lijst omdat de productie heel geconcentreerd is in een paar landen. Het is een bijproduct van bijvoorbeeld koperproductie. Er is dus eerder te veel arseen. Als je kijkt vanuit de maatschappelijke problemen die door CRMs worden veroorzaakt dan weet ik niet of arseen uit slib terugwinnen daar een verschil in zou maken.’ 

K. Wang, C.M. van Genuchten, Commodifying a carcinogen: critical raw materials from arsenic-laden groundwater, Science Advances (2025), doi:10.1126/sciadv.adz5816