PFAS gelten als nahezu unzerstörbare Umweltgifte. Bislang fehlte eine Methode, sie gezielt abzubauen. Forschende der TU Berlin haben nun eine neuartige Supersäure entwickelt, die genau das leisten könnte und dabei sogar wiederverwendbar ist. Könnte dies der chemische Schlüssel sein, um das PFAS-Problem endlich anzugehen?
Symbolbild: Eine Laboranalyse auf PFAS: Die langlebigen Chemikalien sind inzwischen fast überall in der Umwelt nachweisbar. Besonders stark in Gewässern und großen Flüssen. Foto von RephiLe
Ein Forschungsteam der TU Berlin hat eine Säure entwickelt, die eine bislang ungelöste Umweltfrage angehen könnte: den Abbau sogenannter PFAS. Diese chemischen Verbindungen gelten als „ewige Chemikalien“. Die jetzt vorgestellten Super-Lewis-Säuren auf Siliziumbasis könnten dabei helfen, diese extrem langlebigen Schadstoffe zu zersetzen.
PFAS steht für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen und kommt in Outdoor-Kleidung, Pfannenbeschichtungen, Kosmetik, Bauprodukten und Feuerlöschschaum vor. Sie sind wasser-, fett- und schmutzabweisend und genau deshalb kaum abbaubar. In der Umwelt verbleiben sie jahrzehntelang und reichern sich im Boden, im Grundwasser und in Lebewesen an. Fachleute bringen sie mit Gesundheitsrisiken wie Krebs, Fruchtbarkeitsstörungen und Immunproblemen in Verbindung. PFAS gelten nicht nur als langlebig, sondern auch als gesundheitsgefährdend. Sie reichern sich im Körper an und lassen sich inzwischen sogar im Blut vieler Menschen nachweisen. Ein früherer Solarify-Beitrag beleuchtet die wachsende Belastung von Gebieten, Gewässern und auch unseren menschlichen Körpern.
Eine Methode zur Entsorgung oder Reinigung von PFAS fehlt bislang, unter anderem, weil PFAS chemisch besonders schwer zu spalten sind. Hier setzt die Berliner Entdeckung an. Die neuen Super-Lewis-Säuren greifen gezielt die extrem stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen an, welche die Langlebigkeit von PFAS bestimmen. Möglich wird das durch eine spezielle Molekülstruktur: Ein Siliziumatom, das mit zwei organischen Gruppen und einem Halogen wie Fluor oder Chlor verbunden ist, erzeugt ein starkes „Elektronenloch“. Dieses zieht mit enormer Kraft Elektronenpaare an, ähnlich wie jemand, der sich nachts komplett in die gemeinsame Bettdecke und den Partner mit einwickelt, wie Projektleiter Prof. Martin Oestreich es humorvoll beschreibt. In der Chemie bedeutet das: Die Säure attackiert stabile Molekülbindungen und macht sie reaktionsfähig. Das Besondere: Diese Siliziumsäuren verschleißen nicht, sondern regenerieren sich im Reaktionszyklus. Sie verhalten sich wie Katalysatoren, was sie für umwelttechnische Anwendungen besonders wertvoll macht. Für die aufwendige Synthese war eine Kombination aus Laborarbeit unter Schutzgas, quantenchemischer Modellierung und NMR-Spektroskopie nötig. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.
Die Bedeutung dieser Entwicklung geht über die Chemie hinaus und hat auch einen politischen Kontext. PFAS stehen EU-weit auf der Verbotsliste, doch es wurden viele Ausnahmen durchgesetzt. Ob die neuen Supersäuren künftig tatsächlich in der Umwelttechnik eingesetzt werden können, ist noch offen. Die Grundlagenforschung ist abgeschlossen, nun müssen Verfahren und Anwendungen folgen. Doch dass es überhaupt erstmals eine chemische Klasse gibt, die PFAS aufbrechen kann, ist ein Meilenstein und ein Hoffnungssignal in diesem bislang stockenden Umweltproblem.
Quellen:
- MTU Berlin: Mit Supersäuren gegen Ewigkeitschemikalien
- Studie in der Fachzeitschrift Nature Chemistry: „Isolation of halogen-substituted silylium ions, Nature Chemistry„