Per- und Polyfluoralkylsubstanzen – kurz PFAS – gelten als nahezu unzerstörbar. Sie sind in vielen Alltagsprodukten zu finden: in Regenjacken, beschichtetem Kochgeschirr, Feuerlöschschaum oder Verpackungen. Aufgrund ihrer wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften sind sie beliebt. Gleichzeitig machen diese Eigenschaften PFAS in der Umwelt so problematisch. Sie bauen sich kaum ab, gelangen ins Trinkwasser und gefährden die Gesundheit.
Forschende suchen daher weltweit nach Wegen, um diese Chemikalien unschädlich zu machen. Eine Arbeitsgruppe der Rice University in Texas hat nun eine Methode vorgestellt, die Hoffnung macht: Sie zerstört PFAS und wandelt belastete Materialien gleichzeitig in nützliche Rohstoffe um.
Inhaltsverzeichnis
Was macht PFAS so gefährlich?
PFAS sind eine Gruppe von über 10.000 synthetischen Substanzen. Sie bestehen aus einer Kette von Kohlenstoffatomen, an die Fluoratome gebunden sind. Diese Verbindungen sind extrem stabil – die sogenannten Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zählen zu den stärksten chemischen Bindungen überhaupt.
Das Problem: PFAS reichern sich in der Umwelt und im menschlichen Körper an. Studien bringen sie mit Krebserkrankungen, Hormonstörungen und Immunschwäche in Verbindung. In vielen Regionen der Welt sind PFAS mittlerweile im Grundwasser nachweisbar. Die EU und die USA diskutieren seit Jahren über strengere Grenzwerte und Verbote.
Klassische Methoden mit Schwächen
Um PFAS aus Wasser oder Böden zu entfernen, wird häufig Aktivkohle eingesetzt. Sie bindet die Substanzen zuverlässig. Doch damit ist das Problem nicht gelöst. Die kontaminierte Aktivkohle muss anschließend entsorgt oder verbrannt werden – ein energieintensiver Prozess, der oft selbst Schadstoffe freisetzt.
Die Entsorgung ist teuer und aufwendig. Die Forschung sucht deshalb nach Alternativen, die kostengünstiger und nachhaltiger sind.
Stromstöße gegen Umweltgifte
Ein Team um den Chemiker James Tour hat nun eine neue Methode entwickelt: die Flash-Joule-Erwärmung (FJH). Dabei wird mit PFAS belastete granulierte Aktivkohle mit Salzen wie Natrium- oder Calciumsalzen vermischt. Anschließend legen die Forschenden für einen sehr kurzen Moment eine hohe elektrische Spannung an.
Innerhalb von weniger als einer Sekunde entstehen Temperaturen von über 3.000 Grad Celsius. Bei dieser extremen Hitze zerfallen die PFAS. Die starken Kohlenstoff-Fluor-Bindungen brechen auf, es entstehen harmlose Fluoridsalze. Gleichzeitig wird die Aktivkohle in Graphen umgewandelt – ein besonders stabiles, dünnes Kohlenstoffmaterial mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Elektronik oder im Bauwesen.
„Unsere Methode zerstört nicht nur diese gefährlichen Chemikalien, sondern verwandelt Abfall in etwas Wertvolles“, erklärt Tour. Der Prozess sei effizient, nachhaltig und wirtschaftlich tragfähig.
Hohe Effizienz, kaum Rückstände
Die Ergebnisse der Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Water veröffentlicht wurde, sind vielversprechend. Die Methode entfernte rund 99,98 % der Perfluoroctansäure (PFOA) – eine der am häufigsten vorkommenden PFAS – aus den Proben. Die Entfluorierungseffizienz lag bei über 96 %.
Besonders wichtig: Bei den Reaktionen entstanden keine messbaren Mengen an schädlichen Nebenprodukten wie flüchtigen organischen Fluorverbindungen. Diese treten bei vielen herkömmlichen PFAS-Behandlungen häufig auf und machen die Entsorgung zusätzlich kompliziert.
Auch der sonst übliche Sekundärabfall – etwa beim Deponieren oder Verbrennen von belasteter Aktivkohle – entfällt bei dieser Methode vollständig.
Auch für andere PFAS geeignet?
Die Forschenden testeten ihr Verfahren nicht nur mit PFOA, sondern auch mit Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) und sogar mit Teflon R – einer besonders hartnäckigen PFAS-Verbindung. Das Ergebnis: Auch diese Stoffe ließen sich zersetzen. Das deutet darauf hin, dass die Methode breit einsetzbar ist.
„Dieser Ansatz mit doppeltem Nutzen ist bahnbrechend“, so Doktorandin Phelecia Scotland. „Er verwandelt Abfall in eine Ressource und bietet gleichzeitig eine skalierbare, kostengünstige Lösung für ein dringendes Umweltproblem.“
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