Effiziente Zerstörung kurzkettiger PFAS: Neues Verfahren zur Entfernung von Perfluorbutansäure aus Wasser
Kurzkettige per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), wie die Perfluorbutansäure (PFBA), gelangen zunehmend über verschiedene Wege in die Umwelt und belasten sowohl Grund- als auch Trinkwasserressourcen. Aufgrund ihrer hohen Mobilität gestaltet sich die Entfernung dieser Stoffe aus Wasser bislang als energie- und kostenintensiv. Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben ein innovatives zweistufiges elektrochemisches Verfahren entwickelt, das eine umweltfreundlichere und energieeffizientere Behandlung ermöglicht. Die Ergebnisse wurden im Chemical Engineering Journal veröffentlicht.
Hintergrund und Problematik von PFAS
- Weltweit existieren etwa 10.000 verschiedene PFAS, von denen rund 4.000 bis 5.000 industriell genutzt werden, beispielsweise in Outdoor-Bekleidung, Lebensmittelverpackungen, Kochgeschirr und Kosmetika.
- Viele PFAS, insbesondere in Feuerlöschschäumen, gelangen in die Umwelt und sind biologisch schwer oder gar nicht abbaubar.
- Diese Substanzen können negative Auswirkungen auf Stoffwechsel, Hormonhaushalt, Fortpflanzung und Immunsystem haben und stehen im Verdacht, krebserregend zu sein.
- Lange PFAS-Ketten sind bereits durch die Stockholmer Konvention reguliert, ihre Produktion und Verwendung sind eingeschränkt oder verboten.
- Als Ersatz werden vermehrt kurzkettige PFAS eingesetzt, welche aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit und Mobilität schwer zu entfernen sind. Ein Beispiel ist die Perfluorbutansäure (PFBA) mit vier Kohlenstoffatomen und einer hydrophilen Carboxylgruppe.
Das zweistufige elektrochemische Reinigungsverfahren
Das vom UFZ-Team entwickelte Verfahren besteht aus zwei Hauptschritten:
- Elektro-Adsorption: PFBA-haltiges Wasser wird durch eine Durchflusszelle mit einer positiv geladenen Elektrode aus textilartigem Aktivkohlefaser-Vlies geleitet. Die negativ geladenen PFBA-Moleküle lagern sich an der Oberfläche der Aktivkohle an. Durch Umpolen der Spannung wird das PFBA von der Elektrode gelöst, in einem kleinen Wasservolumen ausgespült und als Konzentrat gesammelt. Die PFBA-Konzentration kann so um den Faktor 40 erhöht werden. Eine kaskadenartige Anordnung mehrerer Elektro-Sorptionszellen ermöglicht eine wiederholte Anreicherung.
- Elektrooxidation: Im zweiten Schritt erfolgt die Zerstörung des angereicherten PFBA mittels Elektrooxidation an einer Bor-dotierten Diamant-Elektrode. Die stark oxidierende Anode bewirkt den Abbau der PFBA-Moleküle, wobei hauptsächlich Fluorid als Abbauprodukt verbleibt.
Vorteile und Anwendungspotenziale
- Die gesamte Behandlung kann direkt am Einsatzort durchgeführt werden, was Transportkosten reduziert und den Energieverbrauch minimiert.
- Die elektrische Steuerung der Adsorption ermöglicht eine Regeneration des Aktivkohlevlieses, wodurch es mehrfach verwendet werden kann. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen belastete Aktivkohle entsorgt oder aufwendig regeneriert werden muss.
- Die Wiederverwendung schont fossile Ressourcen und senkt den CO₂-Ausstoß, da Aktivkohle häufig aus Steinkohle hergestellt und importiert wird.
- Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Entfernung von PFAS aus kommunalen und industriellen Abwässern, etwa an Flughäfen, wo Feuerlöschschäume das Grundwasser belasten.
- Angesichts verschärfter gesetzlicher Grenzwerte für PFAS ist der Bedarf an effizienten und nachhaltigen Technologien hoch. Das neue Verfahren kann klassische Aktivkohle-Adsorber ergänzen und die Lebensdauer der Adsorberanlagen verlängern, was zu Kosteneinsparungen führt.
Kontakt und weiterführende Informationen
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Anett Georgi
UFZ-Department Technische Biogeochemie
anett.georgi@ufz.de
Dr. Katrin Mackenzie
Leiterin des UFZ-Departments Technische Biogeochemie
katrin.mackenzie@ufz.de
Originalpublikation
Navid Saeidi, Sarah Sühnholz, Katrin Mackenzie, Anett Georgi: A two-step electrochemical approach for an efficient destruction of short-chain PFAS in water, Chemical Engineering Journal, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.172856
Weiterführende Links
Stockholmer Konvention zu persistierenden organischen Schadstoffen (POPs)
