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PFAS: Ewigkeitschemikalie lässt sich einfach zerlegen

PFAS gelten als praktisch unzerstörbare Chemikalien und mittlerweile großes Umweltproblem. Im Labor konnte eine Hauptklasse der Verbindungen relativ einfach geknackt werden.
Tropfen auf wasserabweisender Oberfläche (Symbolbild)
PFAS wurden und werden auch für Wasser abweisende Beschichtungen eingesetzt.

PFAS, die per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, sind heute allgegenwärtig: Ihre Stabilität wie ihre gleichzeitige Wasser und Fett abweisenden Eigenschaften sorgen für einen breiten Einsatz in der Industrie wie im Haushalt. Doch sind viele PFAS auch giftig und reichern sich über die Nahrungskette an; sie lassen sich global in der Umwelt nachweisen. Die Langlebigkeit der so genannten Ewigkeitschemikalie wird deshalb zunehmend zum Problem. Brittany Trang von der Northwestern University und ihr Team zeigen in einer Studie in »Science«, dass es bald eine einfache Methode geben könnte, diese Stoffe wieder zu zerlegen, ohne dabei viel Energie aufwenden zu müssen.

Bei den PFAS handelt es sich um langkettige, organische Verbindungen, deren Wasserstoff- durch Fluoratome ersetzt wurden und deren Bindung als so stark gilt, dass sie nur unter hohem Aufwand wieder getrennt werden können. Der Ansatz von Trang und Co sorgt dagegen dafür, dass zumindest PFCA (Perfluorcarbonsäuren, eine Teilklasse der PFAS) bereits unter relativ gemäßigt Bedingungen im Labor zu kohlenstoffhaltigen Verbindungen und Fluoridionen zerfallen.

Die Arbeitsgruppe konzentrierte sich auf eine Gruppe geladener Sauerstoffatome am Ende der untersuchten PFCA-Moleküle und aktivierte diese Gruppe. Dazu erhitzte sie die PFAS in Dimethylsulfoxid – einem bislang eher ungewöhnlichen Lösungsmittel für die Zerstörung von PFAS – mit Natriumhydroxid, einem gängigen Reagenz, wodurch die Kopfgruppe abgespaltet wurde. Das setzte eine Kettenreaktion in Gang, an deren Ende die Fluoratome aus der Verbindung gelöst und Fluoride gebildet wurden, die relativ gut handhabbar sind. Die Prozesstemperaturen lagen bei 80 bis 120 Grad Celsius und damit deutlich niedriger als bei anderen Verfahren, in denen die Stoffe auf 400 Grad Celsius und mehr erhitzt wurden.

Mit Hilfe von Computersimulationen konnte das Team die Abfolge der komplexen chemischen Reaktionen entschlüsseln und letztlich bestätigen, dass die Nebenprodukte relativ harmlos waren. Sobald die Moleküle destabilisiert waren, wurden ihnen fast alle Fluoratome entzogen.

Neben den PFAC testeten die Forscher ihr Verfahren erfolgreich an neueren, verzweigten PFAS, die herkömmliche Mitglieder der Stoffklasse ersetzen sollten, die aber ebenfalls weit verbreitet in der Umwelt nachgewiesen wurden. Insgesamt erprobten sie das Verfahren bisher nur an zehn verschiedenen PFAS; insgesamt existieren aber 12 000 unterschiedliche Substanzen dieser Stoffklasse. Es muss also noch getestet werden, ob diese Art der Zerlegung auch für den großen Rest der PFAS funktioniert, die nicht alle die neu entdeckte Achillesferse aufweisen. Ein erster Schritt zum Ende der Ewigkeitschemikalien scheint gemacht.

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