Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen als „Ewigkeitschemikalien“ im Visier der Wissenschaft
Der europäische Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft ist eine der Säulen des europäischen grünen Deals(öffnet in neuem Fenster), doch persistente, mobile und potenziell toxische Stoffe (PMTS) – insbesondere Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) – sind ein enormes Hindernis für das Erreichen dieses Ziels. PFAS, sogenannte „Ewigkeitschemikalien“, kommen in Industrie- und Konsumgütern wie etwa Farben, Lebensmittelverpackungen, Feuerlöschschäumen und beschichteten Pfannen vor. Sie sind nicht abbaubar und verbreiten sich ohne Weiteres im Boden, im Wasser und in Sedimentsystemen. Das EU-finanzierte Projekt PROMISCES(öffnet in neuem Fenster) wollte vor allem ermitteln, auf welche Weise diese Schadstoffe die Einführung der Kreislaufwirtschaft behindern, und Strategien zur Überwindung dieser Herausforderungen entwickeln. Eine zugängliche Übersicht über die Projektergebnisse steht als Bericht für Unionsbürgerinnen und -bürger(öffnet in neuem Fenster) zur Verfügung. „Sobald PFAS in die Umwelt gelangen, können sie Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte dort verbleiben und sich mit der Zeit ansammeln“, erklärt Julie Lions, Hydrogeologin am BRGM(öffnet in neuem Fenster) und PROMISCES-Projektkoordinatorin. „Einige von ihnen sind innerhalb von Wassersystemen sehr mobil, was bedeutet, dass sie sich weit von ihrer Quelle entfernen und große Wassereinzugsgebiete verseuchen können.“
Fortschritte beim PFAS-Nachweis
Das PROMISCES-Team entwickelte Analysen weiter, um die Messungen dieser Schadstoffe in verschiedenen Arten von Umweltproben zu verbessern. Die Forschenden setzten vierzehn quantitative Nachweismethoden um, darunter Analysen für 62 per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen sowie für 84 weitere industriebedingte persistente, mobile und toxische Stoffe. Zu den Fortschritten zählen neue Verfahren zur Messung des gesamten organischen Fluors im Boden und in Schlämmen, womit eine Einschätzung der PFAS-Kontamination vorgenommen werden kann. Das Team setzte fortgeschrittene Technologien zur Ermittlung unbekannter Schadstoffe sowie Geräte (zur passiven Probenahme) ein, die Schadstoffe über einen längeren Zeitraum aus dem Wasser sammeln. Die Ergebnisse zeigen, dass die Empfindlichkeitserkennung je nach Probenart variiert. Obwohl ein Test mit der Bezeichnung „TOP assay“ zur Charakterisierung versteckter PFAS und ihrer Vorläuferstoffe beigetragen hat, gibt es keine einzige zuverlässige Methode, mit der alle PFAS messbar sind. „Bei der PFAS-Analyse stehen wir vor großen Herausforderungen. Die Arbeit von PROMISCES hat somit einen Beitrag für die erforderliche Entwicklung wirksamerer Verfahren geleistet, um den wachsenden Anforderungen der Umweltüberwachung gerecht werden zu können“, sagt Julie Lions. Das Projektteam wirkte an der Festlegung europäischer Normen für PFAS, an Empfehlungen zur Umsetzung von EU-Richtlinien(öffnet in neuem Fenster) und an Sachverständigengruppen im Zusammenhang mit der Trinkwasserrichtlinie(öffnet in neuem Fenster) mit.
Gesundheitsrisiken verstehen
Neben der traditionellen chemischen Analyse wurden außerdem Prüfmethoden ohne Tierversuche durchgeführt, um fünfzehn gesundheitliche Auswirkungen von PFAS sowie industriebedingten PMTS zu bewerten. „Die wichtigsten beobachteten Wirkungen waren rezeptorbindende Effekte auf das Schilddrüsenhormonsystem“, hebt sie hervor. „Dies kam etwas unerwartet, da sich die bisherige PFAS-Forschung hauptsächlich auf Lebertoxizität, Reproduktionsprobleme oder Immuntoxizität konzentrierte.“ Das Team von PROMISCES entwickelte Berechnungsmodelle zur Vorhersage der Toxizität und des Umweltverhaltens von 71 PFAS. Diese Werkzeuge sind für die allgemeine Forschungsgemeinschaft über eine Webanwendung zugänglich.
Technologien für eine sauberere Zukunft
Im Rahmen des Projekts wurden mehrere Technologien zur Beseitigung von PFAS und industriebedingten PTS entwickelt sowie unter realen Bedingungen in sieben europäischen Fallstudien(öffnet in neuem Fenster) erprobt. Die Innovationen widmen sich Verunreinigungen in unterschiedlichen Umgebungen, von Trinkwasser in Deutschland bis hin zu kontaminierten Sedimenten in Italien. Als ein vielversprechender Fortschritt gilt die Ultraschallkavitationstechnologie, bei der mithilfe von Hochfrequenzschallwellen mikroskopisch kleine Blasen erzeugt werden, die kollabieren und die Kohlenstoff-Fluor-Bindungen in PFAS-Molekülen aufbrechen. „Wir haben eine Wirksamkeit von bis zu 95 % bei der Zerstörung von PFAS in kontaminierten Gewässern nachgewiesen. Diese Technologie birgt den Vorteil, dass keine chemischen Zusätze erforderlich sind“, betont Julie Lions. Mittels Hochtemperaturerhitzung (Pyrolyse) bei 600 ºC wurden PFAS wirksam aus Böden und Sedimenten beseitigt. Weitere vielversprechende Verfahren sind die In-situ-Bodenspülung mit nichtnewtonschen Flüssigkeiten, die eine PFAS-Bodenauswaschung mit einer Effizienz von bis zu 80 % ermöglicht, und die Plasmabehandlung, mit der 40 % bis über 90 % der langkettigen PFAS beseitigt werden können. Durch einen kombinierten Ansatz aus Aktivkohlefiltration und Ionenaustausch wurde für kurzkettige PFAS eine stabile Beseitigung aus organisch angereichertem Grundwasser erreicht. Zudem gab das Team von PROMISCES politische Empfehlungen ab, in denen die Notwendigkeit harmonisierter Regelungen, einer verbesserten Überwachung und einer wissenschaftlich fundierten Risikobewertung betont wurde. Ein weiteres Ergebnis ist der Entscheidungsfindungsrahmen(öffnet in neuem Fenster), der den Interessengruppen beim Umgang mit PMTS im Kontext der Kreislaufwirtschaft durch eine erweiterte Verfügbarkeit von Substanzdaten und Interoperabilität hilfreich zur Seite steht. Seit dem Abschluss des PROMISCES-Projekts im April 2025 wurden die Arbeiten fortgesetzt, wobei drei Projektpartner (COLAS, BRGM und IPGP) einen Patentantrag für die PFAS-Sanierung eingereicht haben. „Dieses Verfahren kann zur Dekontaminierung von Boden, Grundwasser und Industrieanlagen eingesetzt werden und wurde bereits an mehreren Reinigungsstandorten von Brandschutzsystemen eingesetzt“, erklärt Lions.
