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Neue „Fang-und-Zerstör“-Chemie baut PFAS-Ewigkeitschemikalien ab
Schadstoffe nicht nur einfangen, sondern chemisch zerlegen: Eine neue Membran nutzt aktivierten Wasserstoff, um sechs besonders langlebige PFAS-Verbindungen abzubauen. Im 58-tägigen Labortest wurden bis zu 96 Prozent der Stoffe aus dem Wasser entfernt und insgesamt rund 83 Prozent des gebundenen Fluors abgespalten. Bis zu einer Anwendung in der Wasseraufbereitung ist aber weitere Entwicklungsarbeit nötig.
Tempe (U.S.A.). Ewigkeitschemikalien gelangen aus Beschichtungen, Textilien und Löschschäumen in Böden und Gewässer. Die per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen, kurz PFAS, sind wasser- und fettabweisend, zerfallen aber kaum von selbst. Einige Vertreter stehen mit gesundheitlichen Schäden in Verbindung und lassen sich aus belastetem Wasser nur mit erheblichem Aufwand entfernen.
Bisher fangen Wasserwerke PFAS unter anderem mit Aktivkohle, Ionentauschern oder speziellen Filtern ab. Das Problem: Die Chemikalien verschwinden dadurch nicht, sondern sammeln sich im Filtermaterial oder in belasteten Konzentraten. Diese Rückstände müssen weiterhin aufwendig behandelt oder sicher entsorgt werden.
Forscher der Arizona State University (ASU) um Prof. Dr. Bruce E. Rittmann haben nun eine katalytische Membran untersucht, die beides verbinden soll: Schadstoffe einfangen und ihre widerstandsfähigen Moleküle zerlegen. Das Team prüfte die Methode an sechs PFAS, die wegen ihrer möglichen Umwelt- und Gesundheitsfolgen besonders im Blick stehen.
„PFAS sind schwer abzubauen, und die üblichen Verfahren, die wir einsetzen, funktionieren nicht“, erklärt Bruce E. Rittmann.
Für ihre Versuche überzogen die Forscher dünne Membranfasern mit winzigen Palladiumpartikeln. An deren Oberfläche lagern sich PFAS aus dem umgebenden Wasser an. Gleichzeitig strömt Wasserstoffgas durch das Innere der Fasern bis zur Palladiumschicht. Dort werden die Wasserstoffmoleküle in besonders reaktionsfreudige Atome zerlegt.
Die Analysen enthüllten zwei Formen dieses aktiven Wasserstoffs. Atome an der Palladiumoberfläche erleichtern den Kontakt mit den Schadstoffen. Weitere Wasserstoffatome dringen in das Metall ein und werden dort als Palladiumhydrid gespeichert. Diese Reserve fördert den schrittweisen Angriff auf die starken Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, denen die PFAS ihre außergewöhnliche Beständigkeit verdanken.
„Das Palladium zieht das PFAS-Molekül an, und das Palladium zieht den Wasserstoff an und bringt beide zusammen“, erklärt Bruce E. Rittmann.
Bei dieser sogenannten Hydrodefluorierung werden gebundene Fluoratome nach und nach durch Wasserstoff ersetzt. Anders als ein gewöhnlicher Filter bringt die Membran den Schadstoff und den chemisch aktiven Reaktionspartner damit gezielt an derselben Oberfläche zusammen. Aus stark fluorierten Ausgangsstoffen können so weniger fluorierte und schließlich fluorfreie Produkte entstehen.
Die Wissenschaftler untersuchten die sechs PFAS PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS, PFBS und GenX. In einem 58 Tage dauernden Versuch behandelte die Membran kontinuierlich Wasser mit einer Mischung dieser Stoffe. Dabei erreichte die Entfernung aus dem Wasser bis zu 96 Prozent. Gleichzeitig wurden insgesamt rund 83 Prozent des gebundenen Fluors abgespalten, wie die Forscher berichten.