Kompakter Elektronenbeschleuniger zur Aufbereitung von PFAS-belastetem Wasser

Ewigkeitschemikalien wie PFAS stellen ein wachsendes Umweltproblem dar, da sie aufgrund ihrer stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen kaum natürlich abgebaut werden und sich über Böden und Gewässer in der Nahrungskette anreichern. Dies zeigt sich beispielhaft am ehemaligen Flughafen Tegel, wo frühere Feuerwehrübungen zu massiven Belastungen führten.

Ein innovativer Lösungsansatz zur Sanierung kommt nun aus der Beschleunigerphysik: Eine Studie belegt, dass hochenergetische Elektronen PFAS-Moleküle mittels Radiolyse in unschädliche Bestandteile zerlegen können. Der dafür notwendige Elektronenstrahl kann durch einen am HZB entwickelten Beschleuniger auf Basis eines SHF-Photoinjektors bereitgestellt werden.

Elektronenstrahlen gegen Ewigkeitschemikalien: Innovativer Sanierungsansatz aus der Beschleunigerphysik

Ein neuer Ansatz aus der Beschleunigerphysik ermöglicht die Bekämpfung von PFAS-Belastungen durch Radiolyse, bei der hochenergetische Elektronen die Moleküle in unschädliche Bestandteile zerlegen. Ein Team um Prof. Dr. Thorsten Kamps belegte in einer Machbarkeitsstudie, dass ein am HZB entwickelter Beschleuniger auf Basis eines SHF-Photoinjektors den hierfür erforderlichen Elektronenstrahl mit spezifischer Energie und hoher mittlerer Leistung liefern kann. Dieses neue Konzept nutzt einen supraleitenden Hochfrequenzresonator mit elektromagnetischen Feldern, die – da sie ständig eingeschaltet bleiben können – die für die Wasseraufbereitung notwendige hohe Strahlleistung effizient erzeugen.

„Das SHF-Photoinjektor-Konzept ist sehr flexibel und eignet sich perfekt für die Weiterentwicklung der beschleunigerbasierten PFAS-Wasseraufbereitung. So können wir herausfinden, bei welchen Strahlparametern sich der chemische Ertrag für spezifische PFAS-Verbindungen optimieren lässt“, sagt Tasha Spohr.

Kompakte Teilchenbeschleuniger als Lösung für PFAS-Hotspots

In einer Fallstudie verglich das Forschungsteam die derzeitige Filteranlage am ehemaligen Flughafen TXL mit dem neuen Beschleunigerkonzept und kam zu einem vielversprechenden Ergebnis. „Bei den Betriebskosten könnten wir bereits in naher Zukunft wettbewerbsfähig gegenüber konventioneller Technik sein“, sagt Kamps. „Wir haben hier gezeigt, dass Beschleunigerphysik nicht nur ein Werkzeug für spannende Grundlagenforschung ist, sondern auch neue Technologien für die Bewältigung von gesellschaftlich drängenden Probleme liefern kann.“

Die Vision umfasst einen kompakten, containerbasierten Elektronenbeschleuniger, der direkt an Kontaminations-Hotspots wie Berlin-Tegel eingesetzt werden könnte – potenziell kostengünstiger und effizienter als herkömmliche Filterverfahren. Auch wenn bis zur Praxisreife noch Entwicklungsarbeit ansteht, belegt die Studie, dass der SRF-Photoinjektor eine ideale Plattform bietet, um Nutzen und Kosten solcher Anlagen systematisch zu optimieren.

Quelle

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (01/2026)