Bahnbrechendes Verfahren beseitigt giftige „Ewigkeitschemikalien“

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Von kalifornischen Wissenschaftlern für Trinkwasseraufbereitung und Sanierung toxischer Standorte entwickelt

Eine heimtückische Kategorie von krebserregenden Schadstoffen, die als „ewige Chemikalien“ bekannt sind, ist vielleicht doch nicht so dauerhaft. Chemieingenieure und Umweltwissenschaftler der University of California, Riverside, haben vor kurzem eine neue Methode veröffentlicht, mit der diese schädlichen Substanzen im Trinkwasser chemisch in kleinere, im Wesentlichen unschädliche Verbindungen zerlegt werden können. Bei dem zum Patent angemeldeten Verfahren wird verunreinigtes Wasser mit Wasserstoff versetzt und dann mit energiereichem, kurzwelligem ultraviolettem Licht bestrahlt.

Glas Trinkwasser – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Der Wasserstoff polarisiert die Wassermoleküle und macht sie reaktionsfähiger, während das Licht chemische Reaktionen katalysiert, welche die als Poly- und Perfluoralkylsubstanzen (PFAS) bekannten Schadstoffe auflösen. Dieser „Doppelschlag“ bricht die starken Bindungen zwischen Fluor und Kohlenstoff auf, die diese Schadstoffe so hartnäckig machen und sich in der Umwelt anreichern. Tatsächlich stieg die molekulare Zerstörung von PFAS im Vergleich zu anderen Ultraviolett-Wasseraufbereitungsmethoden von 10 % auf fast 100 %, wobei keine anderen unerwünschten Nebenprodukte oder Verunreinigungen entstehen, berichten die UCR-Wissenschaftler in einem kürzlich im Journal of Hazardous Materials Letters veröffentlichten Artikel. Darüber hinaus ist die Reinigungstechnologie umweltfreundlich.

„Nach der Wechselwirkung wird der Wasserstoff zu Wasser. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass sie sehr nachhaltig ist“, sagt Haizhou Liu, außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie- und Umwelttechnik der UCR und korrespondierender Autor der Studie. Der Hauptautor der Arbeit, Gongde Chen, war UCR-Projektwissenschaftler, der unter Liu arbeitete. Chen hat an der UCR promoviert und arbeitet jetzt als Ingenieur für die regionale Wasserqualitätskontrollbehörde von Santa Ana.

PFAS sind eine Familie von Tausenden chemischer Verbindungen, die sich durch vollständig fluorierte Kohlenstoffatome mit hartnäckig starken chemischen Bindungen auszeichnen, die in der Umwelt unbegrenzt haltbar sind – daher auch der Spitzname „forever chemicals“. Diese Verbindungen wurden ab den 1940er Jahren in Tausenden von Konsumgütern eingesetzt, weil sie hitze-, wasser- und fettbeständig sind.

Beispiele für PFAS-haltige Produkte sind fettbeständige Papierverpackungen und Behälter wie Mikrowellen-Popcorntüten, Pizzakartons und Bonbonverpackungen, flecken- und wasserabweisende Mittel für Teppiche, Polster, Kleidung und andere Stoffe, Reinigungsmittel, antihaftbeschichtetes Kochgeschirr sowie Farben, Lacke und Dichtungsmittel, so die US-Umweltschutzbehörde EPA.

Da diese Verbindungen in der Umwelt verbleiben und sich dort anreichern, sind auch Milchprodukte und Fleisch von Tieren, die PFAS ausgesetzt waren, Quellen dieser Verbindungen. Tatsächlich sind PFAS so allgegenwärtig, dass Wissenschaftler sie im Blut fast aller getesteten Personen gefunden haben, so eine Analyse der kalifornischen Gesetzgebung.

Untersuchungen haben die Exposition gegenüber bestimmten PFAS-Werten mit zahlreichen gesundheitlichen Auswirkungen in Verbindung gebracht, darunter ein erhöhtes Risiko für Prostata-, Nieren- und Hodenkrebs, so die EPA.  Die Exposition gegenüber diesen Schadstoffen kann auch zu verminderter Fruchtbarkeit oder erhöhtem Bluthochdruck bei schwangeren Frauen, Entwicklungsstörungen oder -verzögerungen bei Kindern, niedrigem Geburtsgewicht und beschleunigter Pubertät führen. Es wurde auch festgestellt, dass PFAS-Verbindungen die Fähigkeit des Immunsystems, Infektionen zu bekämpfen, beeinträchtigen und die Hormonfunktion beeinträchtigen können. Aufgrund dieser gesundheitlichen Auswirkungen geben Bundes- und Landesbehörden neue Sanierungsstandards für PFAS im Trinkwasser und im Grundwasser unterhalb von oder ausgehend von toxischen Altlasten bekannt.

In diesem Herbst nahm die EPA öffentliche Stellungnahmen zu Plänen entgegen, zwei PFAS-Stoffe – Perfluoroctansäure und Perfluoroctansulfonsäure – als gefährliche Stoffe im Rahmen der Superfund-Gesetze des Bundes zur Sanierung von Altlasten einzustufen. Wenn diese Verordnung genehmigt wird, werden die Verursacher für die Beseitigung der Verschmutzung zur Verantwortung gezogen. In Kalifornien hat das State Water Resources Control Board in diesem Jahr angeordnet, dass öffentliche Trinkwasserversorger auf PFAS getestet werden müssen. Wenn die Tests bestimmte Werte überschreiten, müssen die Versorger die Öffentlichkeit benachrichtigen, die Quelle(n) entfernen oder das Wasser aufbereiten oder mischen. Angesichts des behördlichen Drucks marschiert Lius Laborteam mit Hilfe eines 50.000-Dollar-Zuschusses des UCR-Büros für Technologiepartnerschaften in Richtung Kommerzialisierung“, um diese Technologie auf größere Wassermengen auszuweiten, so Liu.

Bei der Technologie wird kurzwelliges ultraviolettes Licht in die Behandlungstanks geleitet, um die Wassermoleküle anzuregen.  „Wir optimieren sie, indem wir versuchen, diese Technologie für ein breites Spektrum an PFAS-kontaminiertem Quellwasser vielseitig einsetzbar zu machen“, sagte Liu. „Die Technologie hat sehr vielversprechende Ergebnisse bei der Zerstörung von PFAS sowohl in Trinkwasser als auch in verschiedenen Arten von Industrieabwässern gezeigt“.

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