Ob Kochgeschirr mit Antihaftbeschichtung, wasserfeste Kosmetika oder Feuerlöschschaum: Die Einsatzgebiete für PFAS sind vielfältig. Doch die Hinweise mehren sich, dass Chemikalien dieser Gruppe negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Überdies können sie mit den bisher üblichen biologischen, chemischen und physikalischen Verfahren nicht abgebaut werden. Bei Anlagen, die eigentlich PFAS unter hohen Temperaturen mit großem Energieaufwand verbrennen sollten, stellte sich heraus, dass sie stattdessen einige der Verbindungen unverändert in die Luft abgeben. In Ermangelung geeigneter Abbauverfahren reichern sich PFAS in der Umwelt an, gelangen ins Trinkwasser und in unsere Nahrung.
Einfache Lösung für ein langjähriges Problem
„PFAS sind zu einem großen gesellschaftlichen Problem geworden“, sagt William Dichtel von der Northwestern University in Evanston, Illinois. „Selbst eine winzige Menge an PFAS hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit und sie werden nicht abgebaut. Wir können dieses Problem nicht einfach aussitzen. Wir wollten die Chemie nutzen, um dieses Problem anzugehen und eine Lösung zu finden, die die Welt nutzen kann.“ Das ist den Forschern gelungen: Ein Team um Dichtels Kollegin Brittany Trang hat tatsächlich eine Möglichkeit gefunden, verschiedene Arten von PFAS mit unkomplizierten chemischen Verfahren in harmlose Substanzen umzuwandeln.
„Die Zerstörung von PFAS ist eine anspruchsvolle Aufgabe, denn die starken Bindungen zwischen den enthaltenen Kohlenstoff- und Fluoratomen verleihen den PFAS nicht nur ihre wünschenswerten Eigenschaften, sondern machen diese Verbindungen auch resistent gegen den Abbau“, erklären die Forscher. Doch Trang und ihr Team haben eine Schwachstelle der eigentlich nahezu unzerstörbaren Moleküle gefunden: Während der Schwanz des Moleküls aus den extrem stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen besteht, befindet sich am Kopf des Moleküls eine geladene Gruppe, die häufig geladene Sauerstoffatome enthält.
Achillesferse am Kopf
Hier setzten die Forscher an: Im Lösungsmittel Dimethylsulfoxid erhitzten sie die PFAS gemeinsam mit Natriumhydroxid, einem gängigen Reagenz, das als starke Base mit dem geladenen Kopf der PFAS-Moleküle reagiert. Dadurch wurde der Kopf des Moleküls entfernt, sodass ein reaktiver Schwanz zurückblieb. „Das löste all diese Reaktionen aus. Die Fluoratome wurden aus diesen Verbindungen quasi ausgespuckt und bildeten Fluorid, die sicherste Form von Fluor“, erklärt Dichtel. „Obwohl Kohlenstoff-Fluor-Bindungen sehr stark sind, ist die geladene Kopfgruppe die Achillesferse.“ Anders als zuvor angenommen spaltete sich vom Molekülschwanz nicht ein Kohlenstoff nach dem anderen ab, sondern mehrere Kohlenstoffatome auf einmal.
