Chemisch Biologisch laboratorium: van kleine monsters tot grootschalige veldstudies

Deze stoffen hebben effect op de gezondheid van mens en natuur en kunnen de biodiversiteit nadelig beïnvloeden. We analyseren en valideren onderzoeksmethodes en modellen voor de afbraak van plastics en voor chemische componenten in het bodem en (grond)water. Denk bijvoorbeeld aan PFAS, wat een kleine naam is maar staat voor een grote hoeveelheid opkomende stoffen.

Het CBL bekijkt een vraagstuk van meerdere kanten en op verschillende schaalniveaus in het lab en in het veld. Onze onderzoekers houden het oog gericht op de relaties die zich voordoen tussen microbiologie, stoffen en de energietransitie, de humane gezondheid en de biodiversiteit.

De oplossing van grote vraagstukken begint soms klein in het lab.

Fredericke Hannes

Bij de humane gezondheid in relatie tot water, gaat het om bedreigingen als legionella en E-coli of de vorming van blauwalg in recreatiewater, wat zowel dieren als mensen ziek kan maken. Vraagstukken die zich voordoen in de energietransitie, kunnen gaan over microbiële corrosie wat wordt veroorzaakt door bacteriën. Dit tast onder meer de funderingspalen aan bij offshorewind. Pijpleidingen en damwanden kunnen daar ook last van hebben. Daarom onderzoekt het CBL op verzoek van klanten onder meer wat het effect is als je een andere stof door de leidingen pompt. Waterstof bijvoorbeeld, wat een makkelijk eetbare component is voor bacteriën.

Gerichte klantvragen bij nieuwe technieken

Gerichte klantvragen komen ook naar voren bij nieuwe technieken om andere energiebronnen aan te boren. Denk bijvoorbeeld aan warmte- en koudenetten, waar chemische stoffen worden gebruikt. Maar wat als dat gaat lekken? Het lab onderzoekt hoe chemische componenten in grondwater meetbaar zijn en er worden experimentele opstellingen ingezet om gedrag van de stoffen in de grond te onderzoeken. Vragen die daarbij opkomen, zijn: hoe gevaarlijk zijn ze, wordt het afgebroken en zo ja, wat dan? Wordt het niet erger? De genoemde vragen komen (ook) voor bij lastige verontreinigingen. Zo blijkt uit onderzoek met een experiment in een reactor dat er nu een bacterie lijkt te bestaan die een deel van de PFAS kan opeten.

Het CBL verlegt de grenzen van analyse en validatie van modellen en onderzoeksmethodes. Zoals naar microplastic in oceanen en de invloed daarvan op de humane gezondheid. Waar eerst het onderzoek naar afbraak van plastic alleen in zout water werd uitgevoerd, gebeurt dit nu ook in zoet water. Hoelang duurt de afbraak, en wat groeit er op en kleeft er aan de plastics? Is dat misschien niet nog schadelijker dan de plastics zelf?

Experimentele analyses voor betrouwbare oplossingen

Het antwoord van het lab op alle vragen die zich nu en in de nabije toekomst voordoen, is: meten is weten, waarbij er zo min mogelijk moet worden uitgegaan van aannames. Dat is al mogelijk met relatief eenvoudige experimentele analyses die het lab uitvoert. Toch focust de expertise zich juist nu steeds meer op het in de breedte analyseren en valideren van onderzoeksmethodes en modellen. De onderzoekers van Deltares duiken diep in een vraagstuk, ontrafelen alles en komen tot een praktisch toepasbare, betrouwbare oplossing. Dat is wenselijk, omdat een vraag van chemische aard niet zelden directe gevolgen heeft voor de maatschappij waarin we leven; de mensen, de natuur, de economie.

Alleen een monster analyseren, is niet altijd meer voldoende omdat de issues urgenter worden, zoals klimaatverandering, circulariteit en overbelasting van het milieu in bodem en water. Uitgaan van te beperkte aannames kan dan risicovol zijn. Opdrachtgevers van het CBL, waterschappen, ministeries, gasbedrijven en ingenieursbureaus, kunnen het zich over het algemeen ook niet veroorloven om slechts één aspect van een vraagstuk te onderzoeken, leert de huidige praktijk. ‘Het besef dat onze natuurlijke hulpbronnen te kostbaar zijn om er niet uiterst zorgvuldig mee om te gaan, is urgenter geworden; oplossingen liggen onder een vergrootglas doordat ze zichtbaarder zijn, en de maatschappelijke verontwaardiging is groter als die niet naar wens uitpakt’, licht Deltares onderzoeker Fredericke Hannes toe.

Van een klein monster tot grootschalige veldstudie

Ons laboratorium maakt voor onze meten is weten-aanpak gebruik van alle middelen en experimenteel onderzoek die Deltares ten dienste staan: we beschikken over microbiologische en DNA-technieken en gevoelige organische en anorganische detectiemethoden in het lab, en in het veld. Als CBL staan we daarbij aan het begin van een keten die begint met een voor het oog nauwelijks zichtbaar monster in een klein bedflesje, tot opschaling naar een kolomexperiment, waarna het naar de geohal, water- of grondgoot gaat of naar de hydrohal en kan uitmonden tot een grootschalige veldstudie. In dat proces vallen er vragen af en er komen vragen bij; elke faciliteit voegt de noodzakelijke waarde toe voor onze klantvragen.

Dat is zichtbaar in projecten voor ontwikkelingen als de energietransitie, effecten op humane gezondheid en de afnemende biodiversiteit. Daarmee breiden we onze kennis van het water- en bodemsysteem voortdurend uit. Door de bundeling van diverse kennisdisciplines zoals microbiologie, geochemie en hydrologie en intensieve samenwerking met andere kennisinstellingen in binnen- en buitenland, blijft het CBL hoogstaand onderzoek leveren dat antwoord geeft op de complexe vraagstukken vanuit overheid, maatschappij en bedrijfsleven.

Mignon-sequentietechniek

De bepaling van een populatie op DNA-niveau maakt het mogelijk precies in te schatten wat er leeft en te bestuderen wat er werkelijk in het geanalyseerde monster zit. Nieuw ten opzichte van de huidige technieken is dat niet van tevoren wordt aangenomen welke stoffen waarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor de afbraak van een bepaalde stof, en waarop het onderzoek zich dus moet richten. In plaats daarvan is er sprake van gerichte screening (bepaling van de populatie): wat is er werkelijk? Dit geeft een beter overzicht van het biologische materiaal dat in monsters aanwezig is.

De techniek is niet nieuw. Wel nieuw is dat Deltares de techniek heeft omarmd sinds de universiteit van Oxford het toegankelijk en betaalbaar heeft gemaakt.

(Extra) Feiten en wetenswaardigheden

• Deltares heeft een jarenlange ervaring in het opzetten en uitvoeren van laboratoriumexperimenten, veldwerk, toepassing van sensoren en een brede expertise op het gebied van microbiologische en geochemische processen.
• Het CBL legt zich ook steeds meer toe op het analyseren en valideren van onderzoeksmethodes en modellen in zoutwater. Een voorbeeld daarvan is het monitoren van de afbraak van microplastics in oceanen.
• Het CBL zoekt antwoorden op vragen uit de praktijk en beschikt over de kennis en ervaring om innovatieve methodes in te zetten of zelf te ontwikkelen.
• Passive sampling is een techniek die ontwikkeld is door Deltares in samenwerking met diverse waterpartijen. Het is een voorbeeld van een inventieve methode om de waterkwaliteit te meten.
• Het CBL zit nu nog in Utrecht, maar verhuist in 2024 naar Delft, waardoor het nog beter kan samenwerken met de andere laboratoria en onderzoeksfaciliteiten van Deltares.