Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung neuer Verfahren zur Zerlegung von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) erzielt, die auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt sind. Diese Industriechemikalien sind aufgrund ihrer extremen chemischen Stabilität und Widerstandsfähigkeit stark umstritten und haben in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die neuen Techniken, die hydrodynamische Kavitation und kaltes atmosphärisches Plasma kombinieren, könnten künftig eine vielversprechende Lösung für die zunehmende Belastung von Gewässern durch PFAS darstellen.
In einer Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) haben die Wissenschaftler des HZDR Methoden entwickelt, die den Abbau dieser schädlichen Substanzen ermöglichen und gleichzeitig die Freisetzung von Fluorid nachweisen. Dieses Forschungsprojekt ist besonders relevant, da einige PFAS als potenziell krebserregend gelten und andere gesundheitliche Risiken bergen, deren Auswirkungen noch nicht vollständig verstanden sind.
Zu den bemerkenswerten Ergebnissen der ersten Studien gehört die Anwendung der hydrodynamischen Kavitation, die sich als effektiv erwiesen hat, um die stabilen Bindungen von PFAS zu knacken. Dr. Sebastian Reinecke, Leiter der Abteilung Wasser- und Umwelttechnologien am HZDR, erklärt, dass bei diesem Verfahren mit PFAS angereichertes Wasser durch eine Verengung geleitet wird, wodurch kleine Dampfblasen entstehen. Diese Blasen implodieren bei steigendem Umgebungsdruck und setzen die an ihnen haftenden PFAS extrem hohen Temperaturen aus. In diesem Prozess entstehen auch reaktive Hydroxylradikale, die die PFAS weiter angreifen und deren Abbau beschleunigen.
Die Forscher konnten nachweisen, dass dieses Verfahren die im Wasser gelösten PFAS erfolgreich aufbrach und Fluor in eine mineralisierte Form überführte. Besonders die Verbindung Perfluoroktansulfonsäure (PFOS), die als langlebig und gut untersucht gilt, wurde in den Experimenten verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass durch die Anwendung der hydrodynamischen Kavitation rund 37 Prozent der PFOS-Moleküle abgebaut werden konnten. Dr. Reinecke betont, dass das Ziel der weiteren Forschung darin besteht, die Abbaurate auf über 80 Prozent zu steigern und mehr als 50 Prozent des in den PFAS enthaltenen Fluors zu mineralisieren.
Parallel dazu wurde auch eine zweite Methode untersucht, die kaltes atmosphärisches Plasma in Kombination mit Gasdispersion nutzt. Dr. Amit Kumar, ein Umweltingenieur am HZDR, erläutert, dass dieses Verfahren unter normalen Umgebungsbedingungen funktioniert und keine zusätzlichen Chemikalien benötigt. Mit dieser Technik können sowohl lang- als auch kurzkettige PFAS nahezu vollständig zersetzt werden. Bei den Tests wurde festgestellt, dass etwa 35 Prozent der Fluoratome in den PFAS als Fluoridsalze freigesetzt wurden. Allerdings ist der Energieverbrauch in diesem Verfahren höher, und es entstehen zahlreiche Transformationsprodukte, deren Auswirkungen noch untersucht werden müssen.
Die Forscher arbeiten derzeit an der Skalierung dieser Verfahren für die Behandlung größerer Wassermengen. Geplant ist, die Technologie so weiterzuentwickeln, dass sie in der Industrie eingesetzt werden kann, um PFAS effektiv aus kontaminiertem Wasser zu entfernen. Ein innovativer Ansatz könnte die Kombination von Plasma und Kavitation sein, um die Vorteile beider Methoden zu vereinen. Dr. Reinecke ist optimistisch, dass diese Synergie zu hohen Abbauraten führen könnte.
Insgesamt könnte die erfolgreiche Implementierung dieser neuen Technologien einen wichtigen Beitrag zur Verringerung der PFAS-Belastung in Gewässern leisten und somit die Trinkwasserversorgung und den Gewässerschutz in Deutschland verbessern. Dies ist besonders relevant im Kontext der Nationalen Wasserstrategie, die darauf abzielt, die Umwelt zu schützen und die gesundheitlichen Risiken, die durch solche Chemikalien entstehen, zu minimieren. Der Fortschritt in der PFAS-Forschung am HZDR könnte somit weitreichende positive Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit und die Umwelt haben.
