Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt am Main haben einen bahnbrechenden Katalysator entwickelt, der die gezielte Zersetzung von per- und polyfluorierten organischen Verbindungen (PFAS) ermöglichen könnte, die auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt sind. Diese chemischen Verbindungen finden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften zahlreiche Anwendungen, sind jedoch aufgrund ihrer extremen Stabilität in der Umwelt problematisch. PFAS werden häufig verwendet, um Oberflächen wasser- und schmutzabweisend zu machen und sind daher in vielen Produkten wie Outdoor-Bekleidung, Teppichen, Einwegartikeln und Kochgeschirr zu finden.
Trotz ihrer nützlichen Eigenschaften stellen PFAS eine erhebliche Umwelt- und Gesundheitsgefahr dar. Diese Verbindungen sind äußerst langlebig, was bedeutet, dass sie in der Natur nur sehr langsam abgebaut werden. In vielen Fällen gelangen sie über Recyclingprozesse in den Stoffkreislauf und können sich in Böden, Gewässern, Pflanzen und sogar im menschlichen Körper anreichern. Einige der mehr als 4700 bekannten PFAS-Verbindungen stehen im Verdacht, krebserregend zu sein oder andere gesundheitliche Schäden zu verursachen.
Das Hauptproblem bei PFAS liegt in ihrer molekularen Struktur, die sehr stabile Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Fluoratomen aufweist. Forschern unter der Leitung von Professor Matthias Wagner vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Goethe-Universität ist es nun gelungen, einen Katalysator zu kreieren, der diese stabilen C-F-Bindungen aufbrechen kann. Dies geschieht innerhalb von Sekunden und bei Raumtemperatur, was den Prozess erheblich vereinfacht.
Der innovative Katalysator nutzt zwei Bor-Atome, die in einem speziellen Kohlenstoffgerüst eingebettet sind. Diese Konstellation verleiht dem Katalysator eine hohe Stabilität gegenüber Luft und Feuchtigkeit, was die Handhabung deutlich erleichtert. Christoph Buch, Doktorand in Wagners Team und Erstautor der Studie zu diesem Katalysator, erklärt, dass für die Zersetzung der C-F-Bindungen Elektronen benötigt werden, die aktuell über Alkalimetalle wie Lithium bereitgestellt werden. Es wird jedoch bereits an einer weiteren Optimierung gearbeitet, bei der anstelle von Lithium elektrischer Strom als Elektronenquelle zum Einsatz kommen soll. Dies könnte den gesamten Prozess noch effizienter und einfacher gestalten.
Ein weiteres bemerkenswertes Potenzial dieses Katalysators liegt in der pharmazeutischen Industrie. Viele relevante Substanzen enthalten Fluoratome, um deren Stabilität und Wirksamkeit zu erhöhen. Der neu entwickelte Katalysator bietet die Möglichkeit, den Fluorierungsgrad solcher Verbindungen präzise zu steuern. Professor Wagner sieht hierin eine vielversprechende Anwendung, die über den Abbau von PFAS hinausgeht und die Entwicklung neuer Medikamente unterstützen könnte.
Insgesamt stellt die Entwicklung dieses Katalysators einen wichtigen Fortschritt im Umgang mit PFAS dar. Durch die Fähigkeit, diese „Ewigkeitschemikalien“ abzubauen, könnte man nicht nur die Umweltbelastung reduzieren, sondern auch potenzielle Gesundheitsrisiken verringern. Die Forschung könnte somit nicht nur zur Lösung eines drängenden Umweltproblems beitragen, sondern auch neue Wege in der chemischen Synthese eröffnen.
Die Entwicklung des Katalysators ist ein Beispiel für innovative Forschung, die sich mit den Herausforderungen der modernen Chemie auseinandersetzt und gleichzeitig die Bedürfnisse der Industrie berücksichtigt. Die Forscher sind optimistisch, dass ihre Arbeit die Grundlage für zukünftige Anwendungen schaffen wird, die sowohl ökologisch als auch ökonomisch vorteilhaft sind.
Für weitere Informationen steht Professor Dr. Matthias Wagner von der Goethe-Universität Frankfurt als Ansprechpartner zur Verfügung. Seine Forschung eröffnet spannende Perspektiven in der Chemie und zeigt, wie Wissenschaft zur Lösung von Umweltproblemen beitragen kann.
