Kurzkettige PFAS effizient zerstören

Kurzkettige per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS), wie etwa die Perfluorbutansäure (PFBA), stellen eine wachsende Belastung für das Grund- und Trinkwasser dar. Aufgrund ihrer hohen Mobilität ist deren Entfernung bisher mit erheblichem Aufwand verbunden. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat nun jedoch ein zweistufiges elektrochemisches Verfahren entwickelt, das eine technologische Wende einleitet. Diese neue Methode zeichnet sich dadurch aus, dass sie nicht nur umweltfreundlicher agiert, sondern im Vergleich zu bisherigen Techniken auch deutlich weniger Energie verbraucht.

Von langlebigen Altlasten zu mobilen Ersatzstoffen

Von den rund 10.000 existierenden PFAS-Substanzen finden bis zu 5.000 Anwendung in der Industrie, etwa bei Outdoor-Textilien, Pfannenbeschichtungen oder Kosmetika. Da sie sich in der Umwelt kaum abbauen und unter anderem das Immunsystem sowie den Hormonhaushalt schädigen können, wurden langkettige Varianten bereits durch die Stockholmer Konvention reguliert. Infolgedessen setzt die Industrie verstärkt auf kurzkettige PFAS wie die Perfluorbutansäure (PFBA). Diese verfügt über lediglich vier Kohlenstoffatome und eine wasseranziehende Carboxylgruppe, was sie hochgradig mobil macht. „Deswegen löst sich PFBA sehr gut im Wasser und ist sehr mobil. In bislang gängigen Verfahren wie der Aktivkohleadsorption lässt sich PFBA deshalb nur schlecht aus dem Wasser entfernen“, sagt Dr. Anett Georgi.

Zweistufige Elektro-Reinigung: Effiziente Zerstörung von PFBA

Zur Elimination von PFBA im Wasser hat das Forschungsteam ein zweistufiges elektrochemisches Verfahren entwickelt, bei dem die Substanz zunächst angereichert und anschließend zerstört wird. Im ersten Schritt leitet man PFBA-haltiges Wasser durch eine Zelle mit einer Elektrode aus Aktivkohlefaser-Vlies. Durch eine leichte positive Ladung des Vlieses lagert sich die negativ geladene PFBA an der Oberfläche ab. „Dadurch lagert sich die negativ geladene PFBA an der Oberfläche der Aktivkohle ab“, erklärt Dr. Navid Saeidi. Mittels Umpolung der Spannung wird der Stoff danach in einem geringen Wasservolumen ausgespült und so bis um den Faktor 40 konzentriert, wobei dieser Effekt durch kaskadenartige Sorptionszellen noch gesteigert werden kann.

Der zweite Prozessschritt nutzt die Elektrooxidation an einer Bor-dotierten Diamant-Elektrode, um die konzentrierte PFBA durch elektrischen Strom chemisch zu zersetzen. Die stark oxidierende Anode bewirkt dabei den Abbau der Moleküle, wobei als Endprodukt im Wesentlichen leicht abtrennbares Fluorid zurückbleibt.

Ressourcenschonende Vor-Ort-Reinigung: Die Vorteile der Elektro-Regeneration

Das neue Verfahren bietet signifikante ökologische und ökonomische Vorzüge, da alle Prozessschritte direkt am Einsatzort erfolgen können. „Alle Schritte können am Einsatzort durchgeführt werden, das reduziert Transportkosten und der Energieaufwand ist gering“, benennt Anett Georgi zwei Vorteile des Verfahrens. Ein entscheidender Unterschied zu herkömmlichen Methoden liegt in der Wiederverwendbarkeit des Materials. Da die Adsorption spannungsgesteuert erfolgt, lässt sich das Aktivkohlevlies regenerieren und mehrfach nutzen. Dies vermeidet die sonst übliche Entsorgung PFAS-belasteter Kohle in Müllverbrennungsanlagen oder deren energieintensive Wiederherstellung. „Das schont nicht nur fossile Ressourcen, sondern reduziert auch den CO2-Verbrauch, denn Aktivkohle wird oft aus Steinkohle gewonnen und vorwiegend aus Asien importiert“, ergänzt Anett Georgi.

Zukunftstechnologie für Abwasserströme

Die UFZ-Wissenschaftler:innen sehen die Einsatzmöglichkeiten für ihr bereits zum Patent angemeldetes Verfahren primär in der Reinigung kommunaler und industrieller Abwasserströme. Ein klassisches Anwendungsfeld sind Flughäfen, an denen das Grundwasser durch Feuerlöschschäume häufig massiv mit kurz- und langkettigen PFAS kontaminiert ist. „Da von den Betreibern zunehmend strengere PFAS-Grenzwerte einzuhalten sind, braucht es effizientere und nachhaltige Technologien zu dessen Entfernung, die so wie unsere Methode zuverlässig, umweltfreundlich und bezahlbar sind. Sie könnte bei komplexen PFAS-Kontaminationen die klassischen Aktivkohle-Adsorber ergänzen und die kurzkettigen PFAS abfangen“, sagt Dr. Katrin Mackenzie. Durch diese Ergänzung ließe sich die Einsatzdauer der gesamten Adsorber-Einheit deutlich verlängern, was wiederum zu erheblichen Kostenersparnissen führt.

Quelle

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ (04/2026)