PFAS, die Abkürzung für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, werden nicht umsonst als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet. Diese fluorhaltigen organischen Moleküle sind schwer abbaubar und verbleiben wahrscheinlich jahrzehntelang oder sogar jahrhundertelang in der Umwelt, wo sie sich in Menschen und Tieren anreichern und gesundheitsschädliche Auswirkungen haben können. Dies ist ein zwingender Grund, Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen.
Die Stoffgruppe der PFAS umfasst Tausende von chemischen Verbindungen. Nicht alle sind bisher umfassend erforscht. Freisetzung, Verbreitung, Anreicherung und Auswirkungen zahlreicher PFAS sind Gegenstand laufender Forschung. Unter anderem konzentrieren sich Wissenschaftler auf TFA, kurz für Trifluoressigsäure. Das kleinste Molekül der PFAS-Familie entsteht als Abbauprodukt verschiedener anderer Substanzen, beispielsweise vieler fluorierter Kältemittel und Treibstoffe. Einmal gebildet, wird TFA in der Umwelt kaum abgebaut. „In der Atmosphäre gebildetes TFA gelangt schnell in Niederschläge und von dort in Oberflächengewässer und anschließend ins Grundwasser“, erklärt Empa-Forscher Stefan Reimann vom Labor für Luftschadstoffe/Umwelttechnik.
Wie und wo genau Trifluoressigsäure (TFA) in der Atmosphäre entsteht und in welchen Mengen sie in Gewässer gelangt, war bisher weitgehend unerforscht. In einer gemeinsamen neuen Studie, die in der Fachzeitschrift „Atmospheric Chemistry and Physics“ veröffentlicht wurde, untersuchten Forscher der Empa in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und der Universität Bern diese Frage genauer. Sie modellierten die Entstehung und die Transportwege von TFA in der Atmosphäre und verglichen diese mit TFA-Messungen aus Umweltproben.
Über einen Zeitraum von drei Jahren analysierte das Bundesamt für Umwelt (BAFU) Niederschlags- und Oberflächenwasserproben auf Trifluoressigsäure (TFA) und wertete archivierte Wasserproben aus, die bis ins Jahr 1984 zurückreichen. Parallel dazu erstellten Wissenschaftler der Empa ein detailliertes Modell des atmosphärischen Eintrags von TFA. „Wir modellieren die bekannten Vorläuferstoffe von TFA, ihre Abbauwege und Zwischenprodukte sowie die Ablagerung der so gebildeten TFA, sowohl durch Niederschlag als auch direkt auf Oberflächen“, erklärt Empa-Forscher Stephan Henne, Hauptautor der Studie. Das komplexe Modell ermöglicht Vorhersagen über lange Zeiträume mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. „Für jeden Ort in Europa können wir nun berechnen, wie viel TFA in einem bestimmten Monat in die Umwelt freigesetzt wird“, so Henne.Weiterer Anstieg erwartet
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Konzentrationen von Trifluoressigsäure (TFA) in Niederschlägen und Oberflächengewässern in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen haben. Laut den Forschern ist dies vor allem auf den vermehrten Einsatz von Hydrofluorolefinen (HFOs) zurückzuführen. Diese fluorierten Gase dienen als Kältemittel und Treibstoffe und ersetzen in dieser Funktion die klimaschädlichen Fluorkohlenwasserstoffe (FKW). Im Gegensatz zu den langlebigen FKW zersetzen sich HFOs in der Atmosphäre schnell – unter anderem zu TFA. „Da der Einsatz von HFOs in Kälte- und Klimaanlagen weiter zunimmt, gehen wir davon aus, dass auch die TFA-Ablagerungen künftig steigen werden“, so Reimann.
Eine weitere bedeutende Quelle für TFA ist der Abbau von Pestiziden. In diesem Fall gelangt die Substanz jedoch nicht über die Atmosphäre, sondern mehr oder weniger direkt über den Boden ins Wasser. „Sobald TFA im Wasser ist, verbleibt sie dort fast ausnahmslos“, ergänzt Stephan Henne. Der endgültige Anreicherungsort für die persistente fluorierte Säure ist somit der Ozean.
Die Studie liefert nicht nur Antworten, sondern wirft auch neue Fragen auf. „Unser Modell erklärt etwa zwei Drittel des gesamten gemessenen atmosphärischen Eintrags von Trifluoressigsäure (TFA)“, sagt Stephan Henne. „Das bedeutet, dass es wahrscheinlich weitere Vorläufersubstanzen und Bildungswege gibt, die uns noch unbekannt sind.“ Dies wird auch dadurch untermauert, dass TFA selbst in historischen Niederschlagsproben nachweisbar ist, wenn auch in deutlich geringeren Konzentrationen als heute. Die bekannten Vorläuferstoffe werden jedoch erst seit den 1990er-Jahren verwendet. Zukünftig wollen die Forscher diese bisher unbekannten Vorläuferstoffe genauer untersuchen und in ihr Atmosphärenmodell integrieren.
Inwieweit Trifluoressigsäure (TFA) für Lebewesen, einschließlich des Menschen, schädlich ist, ist noch nicht abschließend erforscht. Einige neuere Studien liefern Hinweise auf eine mögliche Langzeittoxizität. „TFA ist sehr persistent, reichert sich zunehmend in unseren Gewässern an und lässt sich kaum noch entfernen“, warnt Reimann. „Wir sollten daher dem Vorsorgeprinzip folgen und die Verwendung von Vorläuferstoffen so weit wie möglich einschränken.“
Die Stoffgruppe der PFAS umfasst Tausende von chemischen Verbindungen. Sie enthalten Fluorkohlenstoffbindungen und sind oft extrem stabil, d. h. sie zersetzen sich in der Umwelt kaum. Die gesundheitlichen Auswirkungen von PFAS sind noch nicht vollständig erforscht, sie werden jedoch mit einer Vielzahl von Krankheiten in Verbindung gebracht, von Organschäden bis hin zu Krebs. In der neuen Broschüre „Pocket Facts“ informieren Empa, Eawag und das Ecotox Center über diese persistenten Chemikalien und wie man sie vermeiden kann.
