Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben ein neues Verfahren zur Entfernung von Perfluorbutansäure (PFBA) aus Wasser entwickelt. Dieses Verfahren zielt darauf ab, die Umweltbelastung durch kurzkettige per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) zu reduzieren, die zunehmend in unsere Gewässer gelangen. PFAS sind synthetische Chemikalien, die aufgrund ihrer wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften in vielen Produkten wie Outdoor-Bekleidung, Lebensmittelverpackungen und Kosmetika verwendet werden. Angesichts der über 10.000 bekannten PFAS-Substanzen, von denen viele gesundheitsschädigende Wirkungen haben, ist die Suche nach effektiven Reinigungsmethoden dringlicher denn je.
PFBA, eine der kürzeren Varianten dieser Chemikalien, besteht aus nur vier Kohlenstoffatomen und hat eine Carboxylgruppe, die es besonders wasserlöslich macht. Dies führt dazu, dass PFBA in konventionellen Reinigungsverfahren, wie der Aktivkohleadsorption, nur schwer aus Wasser entfernt werden kann. Diese Herausforderung hat Forscher dazu veranlasst, neue Methoden zu entwickeln, die sowohl effizient als auch umweltfreundlich sind.
Das von dem UFZ-Team entwickelte Verfahren besteht aus zwei Hauptschritten: Zunächst wird PFBA durch Elektro-Adsorption aus dem Wasser angereichert. In diesem Schritt wird das PFBA-haltige Wasser durch eine spezielle Durchflusszelle geleitet, die mit einer elektrodotierten Aktivkohlefaser ausgestattet ist. Diese Elektrode ist leicht positiv geladen, was dazu führt, dass die negativ geladenen PFBA-Moleküle an der Oberfläche der Aktivkohle haften bleiben. Durch das Umpolen der Spannung können die Moleküle dann wieder von der Oberfläche gelöst und in einem konzentrierten Zustand gesammelt werden. Dieser Schritt ermöglicht eine Konzentrationserhöhung von PFBA um das 40-fache, was durch die wiederholte Anwendung des Verfahrens weiter gesteigert werden kann.
Der zweite Schritt des Verfahrens umfasst die Elektrooxidation der angereicherten PFBA an einer speziellen Bor-dotierten Diamant-Elektrode. Hierbei wird PFBA durch elektrische Energie chemisch zerlegt. Die Anode erzeugt starke Oxidationsmittel, die das PFBA abbauen. Als Hauptabbauprodukt bleibt in der Regel Fluorid übrig, das sich leicht vom Wasser abtrennen lässt. Diese beiden Schritte ermöglichen es, PFBA effektiv und nachhaltig aus dem Wasser zu entfernen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser neuen Technologie ist die Möglichkeit, das Verfahren direkt vor Ort anzuwenden, was Transportkosten und den Energiebedarf reduziert. Zudem kann das Adsorptionsmaterial, das in der ersten Phase verwendet wird, durch das Anlegen von elektrischer Spannung regeneriert werden. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, bei denen das kontaminierte Material oft teuer entsorgt oder energetisch aufwendig wiederaufbereitet werden muss. Die Verwendung dieses Verfahrens könnte nicht nur fossile Ressourcen schonen, sondern auch den CO2-Ausstoß verringern, da Aktivkohle häufig aus Steinkohle hergestellt und importiert wird.
Das UFZ-Team sieht für ihre Technik zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere in Bereichen, in denen PFAS aus kommunalen und industriellen Abwasserströmen entfernt werden müssen, wie beispielsweise auf Flughäfen. Dort ist das Grundwasser durch den Einsatz von PFAS-haltigen Feuerlöschschäumen stark belastet. Angesichts der strengen gesetzlichen Vorgaben zur Begrenzung von PFAS-Konzentrationen ist die Entwicklung von effizienten und nachhaltigen Technologien notwendig.
Insgesamt stellt das entwickelte Verfahren einen vielversprechenden Fortschritt im Kampf gegen die Umweltverschmutzung durch PFAS dar. Durch die Kombination aus Elektro-Adsorption und Elektrooxidation bietet es eine innovative Lösung zur effektiven Beseitigung dieser problematischen Chemikalien aus unserem Wasser. Wissenschaftler und Ingenieure sind optimistisch, dass diese Methode nicht nur die Effizienz der PFAS-Entfernung erhöhen, sondern auch zu einer Verringerung der Gesundheitsrisiken für die Bevölkerung beitragen kann.
