PFAS, kurz für per- und polyfluorierte Alkylverbindungen, werden nicht umsonst als Ewigkeitschemikalien bezeichnet: Diese fluorhaltigen organischen Moleküle sind nur schwer abbaubar und bleiben über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte in der Umwelt. Sie können sich in Menschen und Tieren anreichern und gesundheitsschädlich wirken. Allerdings umfasst die Stoffklasse der PFAS tausende verschiedene Verbindungen und längst nicht für alle ist bekannt, wie sie entstehen, wie stark sie verbreitet sind und wie sich auf Umwelt und Gesundheit wirken.
Kleinstes PFAS-Molekül im Fokus
Dies gilt auch für die Trifluoressigsäure (C2HF3O2), kurz TFA, das kleinste Molekül der PFAS-Familie. Die starke Säure entsteht als Abbauprodukt unterschiedlicher Vorläufersubstanzen, darunter vor allem Kühl- und Treibmittel wie die Hydrofluorolefine. Diese fluorierten Gase ersetzen heute die klimaschädlichen Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFKW). Im Gegensatz zu diesen zersetzen sich die diese Ersatzgase in der Atmosphäre schnell – werden aber unter anderem zu TFA umgewandelt. “Trifluoressigsäure, die in der Atmosphäre gebildet wird, gelangt schnell in den Niederschlag und von dort in Oberflächengewässer und dann ins Grundwasser”, sagt Seniorautor Stefan Reimann von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa).
Eine weitere bedeutende Quelle der Trifluoressigsäure ist der Abbau von Pflanzenschutzmitteln in den Böden. Das dort gebildete TFA gelangt meist direkt in die Gewässer. Der finale Anreicherungsort für die persistente fluorierte Säure ist deshalb auch der Ozean. Für Wasserorganismen ist dieses PFAS-Molekül jedoch schädlich und wird wie andere PFAS in der Umwelt kaum abgebaut. In hoher Dosierung ist die Säure beim Einatmen gesundheitsschädlich und verursacht Verätzungen. Wie schädlich die umweltrelevanten TFA-Konzentrationen für Lebewesen und auch für den Menschen sind, ist jedoch noch nicht abschließend erforscht. Einige neue Studien liefern Hinweise auf eine mögliche Langzeit-Toxizität. “TFA ist sehr persistent, akkumuliert sich immer mehr in unserem Wasser und lässt sich kaum wieder entfernen”, sagt Reimann. “Wir sollten daher nach dem Vorsorgeprinzip handeln und den Einsatz der Vorläuferstoffe so gut es geht einschränken.”
Starke Zunahme in Regen und Gewässern
Entsprechend wichtig ist es, möglichst genau zu ermitteln, wie und woraus sich TFA in der Atmosphäre bildet und in welchen Mengen die Substanz in die Gewässer gelangt. Das Team um Reimann und Erstautor Stephan Henne von der Empa hat daher gemeinsam mit dem Schweizer Bundesamt für Umwelt (BAFU) diese Frage untersucht. Das Team wertete dafür über drei Jahre hinweg den TFA-Gehalt von Proben aus Niederschlägen und Oberflächengewässern in der Schweiz aus. Auch archivierte Wasserproben bis zurück ins Jahr 1984 wurden miteinbezogen. Parallel dazu erstellten die Forschenden ein detailliertes Modell des atmosphärischen Eintrags von Trifluoressigsäure. “Wir modellieren die bekannten Vorläuferstoffe von TFA, ihre Abbaupfade und Zwischenprodukte sowie die Deposition der so gebildeten TFA, sowohl über den Niederschlag als auch direkt an Oberflächen”, erläutert Henne. “Wir können damit für jeden Ort in Europa berechnen, wie viel TFA dort in einem bestimmten Monat in die Umwelt gelangt.”
Die Messungen ergaben: Die Konzentrationen der Trifluoressigsäure im Niederschlag und in den Oberflächengewässern haben sich in den letzten Jahrzehnten vervielfacht. “In der Zeit von 2021 bis 2023 lagen die mittleren gemessenen TFA-Werte bei 0,33 bis 0,96 Mikrogramm pro Liter in Niederschlägen und bei 0,33 bis 0,88 Mikrogramm pro Liter in neun Flussproben”, berichtet das Team. “Dies entspricht einem vier- bis sechsfachen Anstieg seit 1996/1997.” Rund 60 bis 70 Prozent dieser PFAS-Kontamination lässt sich dem Modell zufolge durch die Hydrofluorolefine und andere fluorierte Treib- und Kühlmittel erklären. “Da die Nutzung der HFO in Kühl- und Klimaanlagen weiter zunimmt, gehen wir davon aus, dass auch diese TFA-Einträge in Zukunft ansteigen werden”, sagt Reimann.
Allerdings wirft der Abgleich mit dem Modell auch Fragen auf. “Unser Modell erklärt rund zwei Drittel des gesamten gemessenen atmosphärischen Eintrags von TFA”, berichtet Henne. “Demnach gibt es wahrscheinlich weitere Vorläufersubstanzen und Entstehungspfade, die wir noch nicht kennen.” Dafür spricht auch, dass selbst in den historischen Niederschlagsproben TFA enthalten ist, wenn auch in sehr viel geringeren Konzentrationen als heute. Die bekannten Vorläuferstoffe sind aber erst seit den 1990er-Jahren im Einsatz. In Zukunft wollen die Forschenden diese noch unbekannten Vorläufer genauer unter die Lupe nehmen und in ihr atmosphärisches Modell einbauen.
Quelle: Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt; Fachartikel: Atmospheric Chemistry and Physics, doi: 10.5194/acp-25-18157-2025
