PFAS-Chemikalien schienen zunächst eine gute Idee zu sein. Als Teflon erleichterten sie ab den 1940er Jahren die Reinigung von Töpfen. Sie machten Jacken wasserdicht und Teppiche schmutzabweisend. Lebensmittelverpackungen, Feuerlöschschaum und sogar Make-up schienen mit Perfluoralkyl- und Polyfluoralkylsubstanzen besser zu sein.
Dann begannen Tests zum Nachweis von PFAS im Blut der Menschen.
Heutzutage sind PFAS in Böden, Staub und Trinkwasser auf der ganzen Welt weit verbreitet. Studien deuten darauf hin, dass sie in 98 % des Körpers der Amerikaner vorkommen und dort mit Gesundheitsproblemen wie Schilddrüsenerkrankungen, Leberschäden sowie Nieren- und Hodenkrebs in Verbindung gebracht werden. Mittlerweile gibt es über 9.000 Arten von PFAS. Sie werden oft als „Chemikalien für die Ewigkeit“ bezeichnet, weil dieselben Eigenschaften, die sie so nützlich machen, auch dafür sorgen, dass sie in der Natur nicht abgebaut werden.
Der Industrieriese 3M, der seit Jahrzehnten PFAS für viele Zwecke herstellt und mit Klagen wegen PFAS-Kontamination konfrontiert ist, kündigte am 22. Juni 2023 einen Vergleich mit öffentlichen Wasserversorgern in Höhe von 10,3 Milliarden US-Dollar an, um die Finanzierung von Tests und Behandlungen zu unterstützen. Das Unternehmen übernimmt keine Haftung im Vergleich, der einer gerichtlichen Genehmigung bedarf. Die Aufräumarbeiten könnten ein Vielfaches dieser Kosten kosten.
Aber wie fängt und zerstört man eine ewige Chemikalie?
Der Biochemiker A. Daniel Jones und der Bodenwissenschaftler Hui Li arbeiten an der Michigan State University an PFAS-Lösungen und erklärten die vielversprechenden Techniken, die heute getestet werden.
Wie gelangen PFAS aus Alltagsprodukten ins Wasser, in den Boden und schließlich in den Menschen?
Es gibt zwei Hauptexpositionswege, über die PFAS in den Menschen gelangt: Trinkwasser und Lebensmittelkonsum.
PFAS können durch die Landausbringung von Biofeststoffen, also Schlamm aus der Abwasseraufbereitung, in den Boden gelangen und aus Deponien auslaugen. Wenn kontaminierte Biofeststoffe als Dünger auf landwirtschaftlichen Feldern ausgebracht werden, können PFAS ins Wasser sowie in Feldfrüchte und Gemüse gelangen.
Beispielsweise können Nutztiere PFAS über die von ihnen verzehrten Pflanzen und das von ihnen getrunkene Wasser aufnehmen. In Michigan, Maine und New Mexico wurden Fälle von erhöhten PFAS-Werten bei Rindfleisch und Milchkühen gemeldet. Wie groß das potenzielle Risiko für den Menschen ist, ist noch weitgehend unbekannt.
Wissenschaftler unserer Forschungsgruppe an der Michigan State University arbeiten an Materialien, die dem Boden zugesetzt werden und Pflanzen an der Aufnahme von PFAS hindern könnten, aber PFAS im Boden belassen würden.
Das Problem ist, dass diese Chemikalien überall sind und es keinen natürlichen Prozess im Wasser oder Boden gibt, der sie effektiv abbaut. Viele Verbraucherprodukte sind mit PFAS beladen, darunter Make-up, Zahnseide, Gitarrensaiten und Skiwachs.
Wie beseitigen Sanierungsprojekte die PFAS-Kontamination jetzt?
Es gibt Methoden, sie aus dem Wasser herauszufiltern. Die Chemikalien bleiben beispielsweise an Aktivkohle haften. Allerdings sind diese Methoden bei Großprojekten teuer und man muss trotzdem auf die Chemikalien verzichten.
In der Nähe einer ehemaligen Militärbasis in der Nähe von Sacramento, Kalifornien, gibt es beispielsweise einen riesigen Aktivkohletank, der pro Minute etwa 1.500 Gallonen kontaminiertes Grundwasser aufnimmt, es filtert und dann in den Untergrund pumpt. Dieses Sanierungsprojekt hat über 3 Millionen US-Dollar gekostet, aber es verhindert, dass PFAS in das von der Gemeinde genutzte Trinkwasser gelangt.
Die US-Umweltschutzbehörde hat vorgeschlagen, rechtlich durchsetzbare Vorschriften für Höchstwerte von sechs PFAS-Chemikalien in öffentlichen Trinkwassersystemen einzuführen. Zwei dieser Chemikalien, PFOA und PFOS, würden als einzelne gefährliche Chemikalien anerkannt, wobei behördliche Maßnahmen durchgesetzt würden, wenn der Gehalt einer dieser Chemikalien 4 Teile pro Billion übersteigt, was deutlich unter den bisherigen Leitlinien liegt.
Das Filtern ist nur ein Schritt. Sobald PFAS aufgefangen wird, müssen Sie mit PFAS beladene Aktivkohle entsorgen, und PFAS bewegt sich weiterhin. Wenn Sie kontaminierte Materialien auf einer Mülldeponie oder anderswo vergraben, werden PFAS schließlich ausgelaugt. Deshalb ist es wichtig, Wege zu finden, es zu zerstören.
Was sind die vielversprechendsten Methoden, die Wissenschaftler zum Abbau von PFAS gefunden haben?
Die gebräuchlichste Methode zur Zerstörung von PFAS ist die Verbrennung, die meisten PFAS sind jedoch bemerkenswert widerstandsfähig gegen Verbrennung. Deshalb sind sie in Löschschäumen enthalten.
Bei PFAS sind mehrere Fluoratome an ein Kohlenstoffatom gebunden, und die Bindung zwischen Kohlenstoff und Fluor ist eine der stärksten. Um etwas zu verbrennen, muss man normalerweise die Bindung aufbrechen, aber Fluor lässt sich nicht vom Kohlenstoff lösen. Die meisten PFAS werden bei Verbrennungstemperaturen um 1.500 Grad Celsius (2.730 Grad Fahrenheit) vollständig zersetzt, aber es ist energieintensiv und geeignete Verbrennungsanlagen sind rar.
Es gibt mehrere andere experimentelle Techniken, die vielversprechend sind, aber nicht auf die Behandlung großer Mengen der Chemikalien ausgeweitet wurden.
Eine Gruppe in Battelle hat eine überkritische Wasseroxidation entwickelt, um PFAS zu zerstören. Hohe Temperaturen und Drücke verändern den Zustand des Wassers und beschleunigen die Chemie in einer Weise, die gefährliche Substanzen zerstören kann. Allerdings bleibt die Skalierung eine Herausforderung.
Andere arbeiten mit Plasmareaktoren, die Wasser, Strom und Argongas zum Abbau von PFAS nutzen. Sie sind schnell, aber auch nicht einfach zu skalieren.
Was werden wir voraussichtlich in der Zukunft sehen?
Viel wird davon abhängen, was wir darüber erfahren, woher die PFAS-Exposition des Menschen hauptsächlich kommt.
Wenn die Exposition hauptsächlich über Trinkwasser erfolgt, gibt es weitere Methoden mit Potenzial. Es ist möglich, dass es irgendwann auf Haushaltsebene durch elektrochemische Methoden zerstört wird, aber es gibt auch potenzielle Risiken, die noch verstanden werden müssen, wie etwa die Umwandlung üblicher Substanzen wie Chlorid in giftigere Nebenprodukte.
Die große Herausforderung bei der Sanierung besteht darin, sicherzustellen, dass wir das Problem nicht verschlimmern, indem wir andere Gase freisetzen oder schädliche Chemikalien erzeugen. Der Mensch versucht seit langem, Probleme zu lösen und die Dinge noch schlimmer zu machen. Kühlschränke sind ein gutes Beispiel. Freon, ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, war die Lösung, um giftiges und brennbares Ammoniak in Kühlschränken zu ersetzen, aber dann verursachte es einen Ozonabbau in der Stratosphäre. Es wurde durch Fluorkohlenwasserstoffe ersetzt, die nun zum Klimawandel beitragen.
Wenn es eine Lektion zu lernen gibt, dann die, dass wir den gesamten Lebenszyklus von Produkten durchdenken müssen. Wie lange brauchen wir wirklich Chemikalien, um haltbar zu sein?
Dies ist eine aktualisierte Version eines Artikels, der ursprünglich am 18. August 2022 veröffentlicht wurde.
A. Daniel Jones, Professor für Biochemie, Michigan State University und Hui Li, Professor für Umwelt- und Bodenchemie, Michigan State University
