Chemikalien für die Ewigkeit mit nanostrukturierten Werkstoffen zerstören
Anfang 2023 veröffentlichte die Europäische Chemikalienagentur einen Vorschlag für ein Verbot aller per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), bei denen es sich um nicht abbaubare Chemikalien handelt. Leider ändert ein solches Verbot nichts an den mehr als 17 000 Standorten in Europa, die nach wie vor mit solchen Chemikalien kontaminiert sind. Laut Europäischer Umweltagentur können per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, wenn sie aufgenommen werden, zu Gesundheitsproblemen wie Leberschäden, Schilddrüsenerkrankungen, Adipositas, Fruchtbarkeitsstörungen und Krebs führen. „Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen werden deshalb als Chemikalien für die Ewigkeit bezeichnet, weil sie sowohl in der Umwelt als auch in unserem Körper extrem langlebig sind“, sagt Jelena Radjenovic, Professorin am Katalanischen Institut für Wasserforschung. Dank der Arbeit im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ELECTRON4WATER könnten per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen jedoch endlich ihren Meister gefunden haben. „Ziel dieses Projekts war die Entwicklung neuer nanostrukturierter Werkstoffe, die als Elektroden in elektrochemischen Wasseraufbereitungssystemen zur Zerstörung persistenter und toxischer organischer Mikroverunreinigungen beitragen können“, fügt Radjenovic hinzu, die als Projektkoordinatorin fungierte.
Vorteile elektrochemischer Wasseraufbereitungssysteme
Nach Angaben von Radjenovic sind elektrochemische Wasseraufbereitungssysteme keine Neuheit. „Diese Systeme bergen zahlreiche Vorteile im Vergleich zu anderen fortgeschrittenen Aufbereitungstechnologien“, erklärt sie. „Sie kommen zum Beispiel ohne chemische Reagenzien aus, bilden keinen Restabfallstrom und sind robust und vielseitig.“ Am wichtigsten ist, dass sie selbst die hartnäckigsten per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen allein durch Anlegen von Strom abbauen können. Warum werden solche Systeme also nicht eingesetzt, um diese Chemikalien aus unseren Wassersystemen zu beseitigen? „Die Anwendung von elektrochemischen Wasseraufbereitungssystemen in großem Maßstab wurde durch die technologischen Grenzen der vorhandenen Elektrodenmaterialien behindert“, bemerkt Radjenovic.
Neue Art von Nanomaterialien
Hier kommen die nanostrukturierten Werkstoffe des Projekts ELECTRON4WATER ins Spiel. Mithilfe der Nanotechnologie hat das Projektteam, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, Graphen-Schwamm-Elektroden entwickelt – das erste Anodenmaterial mit nachgewiesener elektrochemischer Inertheit gegenüber Chlorid, das dennoch per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen abbauen kann. „Dieser bahnbrechende Werkstoff umgeht zwei große Engpässe in der elektrochemischen Technologie, nämlich die Bildung giftiger chlorhaltiger Nebenprodukte in Gegenwart von Chlorid und den hohen Preis handelsüblicher Anoden“, so Radjenovic. Die Graphen-Schwamm-Elektroden des Projekts kosten weniger als 50 EUR pro m2, während viele kommerzielle Anoden zwischen 3 000 und 5 000 EUR kosten.
Die nächste Generation der elektrochemischen Wasseraufbereitung beginnt
Dank ihrer großen Oberfläche, ihrer einstellbaren Eigenschaften und ihrer Quantennatur verfügen die im Rahmen des Projekts ELECTRON4WATER entwickelten technischen Nanomaterialien über das Potenzial, die nächste Generation elektrochemischer Wasseraufbereitungssysteme zu begünstigen. „Ich bin stolz darauf, dass ich dazu beigetragen habe, etwas wirklich Neues auf dem Gebiet der Umwelttechnik zu schaffen, denn wir verfügen über eine Technologie, die hoffentlich zu einer der Plattformtechnologien für die Vernichtung der sogenannten Chemikalien für die Ewigkeit werden wird“, sagt Radjenovic. Die Forschenden schließen derzeit die letzten Studien aus dem Projekt ab. Sie konzentrieren sich außerdem auf den Bau eines Prototyps, um die Fähigkeit des neuen Werkstoffs zu demonstrieren, per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen sowohl in komplexen Abfallströmen als auch in einfacheren Matrizen wie Leitungswasser zu zerstören. Diese Arbeit wird im Rahmen des EU-finanzierten Projekts GRAPHEC durchgeführt. „Das Endziel besteht darin, mehrere Fragen im Zusammenhang mit der längerfristigen Technologiebewertung zu beantworten, die häufig von unseren industriellen Partnern gestellt werden, und die Technologie in ein Spin-Off zu überführen und für die Zerstörung von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen und die Aufbereitung von kontaminiertem Wasser einzusetzen“, schließt Radjenovic.
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