Gefahr für die Gesundheit: Forschenden gelingt Durchbruch bei „ewigen Chemikalien“

Sogenannte PFAS sind nützliche, aber toxische Stoffe, die sich in der Umwelt und im menschlichen Organismus anreichern können. Ihre Zerstörung war bisher extrem aufwendig. Forschenden ist es nun gelungen, eine neue Methode zu entwickeln, die PFAS relativ einfach unschädlich machen können soll.

Sie sind nützlich, aber gefährlich: Perfluorierte Alkylsubstanzen, kurz PFAS, kommen aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften weitverbreitet in der Industrie und den meisten Haushalten vor. Doch die auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannten Stoffe, von denen viele toxisch sind, gelten als kaum zerstörbar und können sich über die Nahrungskette anreichern. Sie lassen sich mittlerweile weltweit in der Umwelt und auch in menschlichen Organismen nachweisen. 

Wissenschaftler:innen ist nun ein Durchbruch im Labor gelungen: Sie haben herausgefunden, wie man PFAS zum ersten Mal auf kostengünstige Weise relativ einfach zerstören kann.

Warum PFAS so schädlich sind

Bei PFAS handelt es sich um eine Stoffgruppe, die laut dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) mehr als 4.700 verschiedene Stoffe umfasst. Chemisch gesehen sind es organische Verbindungen aus Kohlenstoffketten unterschiedlicher Längen, wobei die Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt sind. Das macht PFAS zu besonders langlebigen und stabilen Verbindungen, die sich außerdem durch gleichzeitig wasser-, schmutz-, sowie fettabweisende Eigenschaften auszeichnen.

Aufgrund dieser Eigenschaften sind PFAS für viele industrielle Spezialanwendungen, beispielsweise Verchromungen und photographische Prozesse, unverzichtbar. Auch im Haushalt kommen PFAS in etlichen Konsumgütern zum Einsatz: von Farbe und Bodenpflegemittel über Leder- und Textilbeschichtungen bis hin zu Kochgeschirr, Verpackungen, Kosmetika und Pflanzenschutzmitteln.

PFAS kommen nicht natürlich vor, sondern sind ausschließlich menschengemacht. Bei ihrer Herstellung und Verwendung können die Stoffe aber in die Natur gelangen. So kann es dem BMUV zufolge zu großflächigen Verunreinigungen der Umwelt kommen, wenn kontaminierter Klärschlamm als Dünger ausgebracht wird. Auch über den Haushalt können PFAS in die Umwelt gelangen, beispielsweise durch das Waschen von Textilien, die mit den Stoffen behandelt sind.

Weil die organischen Verbindungen so langlebig sind, zerfallen sie in der Natur kaum von selbst. Fische, Wild- und Nutztiere nehmen sie stattdessen auf und über kontaminierte Erde reichern sie sich auch in landwirtschaftlichen Erzeugnissen an. Über die Nahrungskette nehmen schließlich Menschen PFAS auf.  Inzwischen sind PFAS laut dem BMUV weltweit in der Umwelt und in Organismen nachweisbar. 

Die Forschung beschäftigt sich mit den gesundheitlichen Folgen einer PFA-Belastung. So vermuten einige Fachleute, dass PFAS das Risiko für Asthma, Schilddrüsenerkrankungen sowie für Hoden- und Nierenkrebs erhöhen können. PFAS könnten einer Studie zufolge auch zu einem verspäteten Einsetzen der Pubertät und Veränderungen an den Fortpflanzungsorganen führen. 

So funktioniert die neue Methode zur PFA-Zerstörung

PFAS sind deshalb so schwer zu zerstören, weil sie viele Kohlenstoff- und Fluorbindungen enthalten – die stärksten Bindungen in der organischen Chemie, wie die BBC berichtet. Daher waren bisher ein enormer Aufwand und insbesondere extrem hohe Temperaturen notwendig, um PFAS aufzulösen. 

Chemiker:innen von der Northwestern University (Illinois, USA) ist es laut dem Wissenschaftsmagazin Spektrum aber nun gelungen, einige der Verbindungen mithilfe einer neuen Methode relativ einfach und kostengünstig zu trennen. 

Das Team unter der Leitung von Brittany Trang fand einen neuen Mechanismus zum Abbau der PFAS, indem es zum einen auf eine Gruppe von schwächer geladenen Sauerstoffatomen abzielte, die am Ende des langen Schwanzes von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen sitzen. Zum anderen nutzten die Forschenden mit Dimethylsulfoxid ein eher unkonventionelles Lösungsmittel für die Zerstörung der Verbindungen. In diesem Lösungsmittel erhitzten sie die PFAS mit Natriumhydroxid, einer gängigen Chemikalie, die auch zur Herstellung von Haushaltsprodukten wie Seife oder Schmerzmitteln zum Einsatz kommt.

Dieses Verfahren „köpfte die Kopfgruppe vom Schwanz“, zitiert die BBC Brittany Trang. Dadurch kam es zu einer chemische Kettenreaktion: Die PFAS begannen zu zerfallen, sodass nur noch harmlose Nebenprodukte übrig blieben. Mithilfe weiterer Forschung hoffen die Chemiker:innen, dass es bald möglich sein wird, PFAS aus dem Wasser zu filtern und diese Methode anzuwenden, um sie unschädlich zu machen.

Weitere Forschung ist jedoch auch an der Methode selbst notwendig. Bisher erprobten die Wissenschaftler:innen sie nämlich nur an zehn von insgesamt 12.0000 unterschiedlichen Substanzen dieser Stoffklasse. Es besteht die Möglichkeit, dass einige von ihnen nicht dieselbe, neu entdeckte Schwachstelle aufweisen wie die untersuchten PFAS. 

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