(Bild: Oxyle)
Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind eine Gruppe von über 13.000 Chemikalien, die aufgrund ihrer wasser-, öl- und schmutzabweisenden Eigenschaften in zahlreichen Industrien unverzichtbar geworden sind. Sie finden sich in Konsumgütern wie Textilien, Kosmetika und Lebensmittelverpackungen sowie in industriellen Anwendungen wie Halbleiterchips und Feuerlöschschäumen. Allerdings sind PFAS auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt, da sie äußerst beständig sind; sie zersetzen sich nicht natürlich und reichern sich in der Umwelt und im menschlichen Körper an, wo sie Schäden verursachen können.
Diese Beständigkeit stellt für Industrien, die auf PFAS angewiesen sind, eine enorme Herausforderung dar, da sie zunehmendem Druck von der Öffentlichkeit und von Vorschriften der Europäischen Union (EU) ausgesetzt sind, die darauf abzielen, die Verwendung und Emission von PFAS zu verringern. Die dringende Frage lautet: Wie können wir das PFAS-Problem effektiv angehen?
Herausforderungen der herkömmlichen PFAS-Entfernung
Obwohl die Gefahren von PFAS seit Jahren bekannt sind, kämpfen Wissenschaftler und Regulierungsbehörden weiterhin mit der Frage, wie PFAS-Kontaminationen am besten bekämpft und saniert werden können. Herkömmliche Methoden wie Aktivkohle, Nanofiltration und Ionenaustauscherharze werden seit Langem eingesetzt, um PFAS zu bekämpfen, doch sie haben eine entscheidende Einschränkung: Sie zerstören diese „Ewigkeitschemikalien“ nicht. Stattdessen verlagern sie das Problem, was häufig dazu führt, dass PFAS durch Sickerwasser auf Deponien oder durch Emissionen bei der Verbrennung wieder in die Umwelt gelangen. Dieser Kreislauf der Kontamination, zusammen mit den hohen Entsorgungskosten für PFAS-belasteten Abfall, verdeutlicht den dringenden Bedarf an nachhaltigeren und wirksameren Ansätzen.
Laut einer Schätzung der EU könnten die gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Kosten der durch PFAS verursachten Umweltverschmutzung ohne Einschränkungen und umfassende Maßnahmen bis zu 84 Mrd. Euro pro Jahr erreichen.
Fortschrittliche Zerstörungstechnologien: ein Paradigmenwechsel
Ein neuer Ansatz zur Bekämpfung der PFAS-Kontamination sind fortschrittliche Zerstörungstechnologien. Diese Methoden zielen darauf ab, PFAS auf molekularer Ebene abzubauen, und bieten eine endgültigere Lösung für die Kontamination. Obwohl viele dieser Technologien noch in den Kinderschuhen stecken, zeigen sie vielversprechende Ansätze zur effektiven Beseitigung von PFAS aus Abwässern.
Neue Techniken wie die elektrochemische Oxidation (EO) und die superkritische Wasseroxidation (SCWO) zeigen vielversprechende Ergebnisse. EO nutzt elektrische Ströme, um reaktive Spezies zu erzeugen, die PFAS abbauen, während SCWO extreme Temperaturen und Druck verwendet, um PFAS im Wasser aufzulösen und in harmlose Nebenprodukte zu oxidieren. Diese Methoden gewinnen in Europa zunehmend an Bedeutung und werden als starke Waffen gegen die langfristigen Auswirkungen von PFAS angesehen.
Hier setzt auch die katalytische Oxidationstechnologie von Oxyle an. Im Zentrum steht ein Piezo-Katalysator, der entwickelt wurde, um besonders hartnäckige Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen. Das nanoporöse Material mit großer Oberfläche adsorbiert PFAS-Moleküle, während der piezoelektrische Effekt den Wasserfluss in elektrische Potenziale umwandelt. Dieser Prozess löst Oxidations- und Reduktionsreaktionen aus, die kurz-, mittel- und langkettige PFAS in grundlegende Mineralbestandteile wie Fluorid-Ionen und CO2 abbauen. Die Besonderheit an diesem Ansatz ist die hohe Energieeffizienz, da die Methode weniger als 1 kWh/m³ verbraucht – ein Bruchteil der Energie, die für andere Zerstörungsmethoden wie SCWO oder EO benötigt wird.
Umfassende, integrierte Lösungen entwickeln
Die Zukunft der PFAS-Sanierung liegt nicht in der Wahl zwischen Entfernung und Zerstörung, sondern in der Kombination von Technologien für maximale Effizienz und Wirksamkeit.
Anbieter entwickeln umfassende Systeme, die PFAS konzentrieren, durch katalytische Oxidation zerstören und den Prozess kontinuierlich mithilfe von Echtzeit-Überwachungstechnologie optimieren. Dieser integrierte Ansatz erkennt an, dass es keine universelle Lösung für die PFAS-Behandlung gibt. Stattdessen besteht der Schlüssel darin, Behandlungsstrategien auf jedes einzigartige Szenario zuzuschneiden und die Stärken verschiedener Technologien zu nutzen, um eine effektivere und nachhaltigere Reaktion auf die PFAS-Herausforderung zu schaffen.
Vorteile für PFAS-Hersteller und -Anwender
Für Hersteller und Anwender von PFAS bieten die Einführung fortschrittlicher Zerstörungstechnologien nicht nur ökologische, sondern auch wirtschaftliche Vorteile. Der regulatorische Druck in der EU nimmt zu, da die Behörden weitere Maßnahmen ergreifen, um PFAS-Emissionen zu reduzieren. Ein Beispiel ist die Verordnung 2019/1021 über persistente organische Schadstoffe (POPs), die eine spezialisierte Abfallbewirtschaftung für Abfälle mit mehr als 1 ppm PFOA oder PFHxS und über 40 ppm ihrer verwandten Stoffe sowie über 50 ppm für PFOS und seine Verbindungen erfordert.
Fortschrittliche PFAS-Zerstörungstechnologien ermöglichen es Unternehmen, nicht nur die sich entwickelnden regulatorischen Standards zu erfüllen, sondern diese sogar zu übertreffen. Die wirtschaftlichen Vorteile sind ebenso überzeugend: Durch die Implementierung dieser Technologien können Unternehmen die Betriebskosten erheblich senken, indem sie die Entsorgungskosten für PFAS-haltige Abfälle verringern und den Energieverbrauch bei der Abwasserbehandlung senken. Dieser doppelte Vorteil – regulatorische Compliance und Kostenreduktion – verschafft Frühadoptoren eine führende Position in einem Markt, der zunehmend von Umweltaspekten bestimmt wird.
Erfolgsgeschichten aus der Praxis
In der Schweiz erzielte ein Oxyle-Pilotprojekt zur Behandlung von stark PFAS-kontaminiertem Grundwasser signifikante Ergebnisse. Der Industriestandort hatte mit einer Grundwasserverschmutzung durch PFAS-belasteten Feuerlöschschaum zu kämpfen, der bei früheren Feuerübungen verwendet wurde. Die bestehende Lösung – das Abpumpen und Behandeln des kontaminierten Grundwassers mit Aktivkohle – erwies sich als unhaltbar aufgrund der Herausforderungen bei der Entsorgung von Sekundärabfällen.
Die Experten entwickelten eine maßgeschneiderte, dreistufige Lösung in einem einzigen, eigenständigen Container. Der erste Schritt des Systems nutzte die Schaumfraktionierung, um die Affinität von PFAS zu Luft-Wasser-Grenzflächen auszunutzen. Durch Belüften des Wassers und Abscheiden des entstehenden Schaums gelang es, die PFAS-Konzentration von 752 ng/L auf 8.776 ng/L zu erhöhen – ein 11-facher Anstieg. Der verdünnte Strom wurde direkt ohne weitere Behandlung abgeleitet.
Im zweiten Schritt konnte die katalytische Zerstörungstechnologie die PFAS-Konzentrationen von über 8.700 ng/L im konzentrierten Schaum auf weniger als 14 ng/L reduzieren – was eine Eliminationsrate von über 99 % sowohl für lang- als auch für kurzkettige PFAS ermöglichte.
Dieser Prozess wurde in Echtzeit überwacht und angepasst, indem ein Echtzeit-Überwachungssystem eingesetzt wurde. Besonders augenfällig: Der gesamte Betrieb der Anlage benötigte einen Energieverbrauch von weniger als 1 kWh/m³. Die kommerzielle Installation, die 10 m³/h behandeln wird, ist noch für diesen Herbst geplant.
Eine nachhaltige Zukunft für die Industrie
Die Herausforderungen, die PFAS für die Umwelt und die Industrie darstellen, sind enorm, aber mit der Einführung fortschrittlicher Zerstörungstechnologien haben Hersteller und Anwender nun nachhaltigere Lösungen zur Verfügung. PFAS-Zerstörungstechnologien ermöglichen die vollständige Eliminierung von PFAS, reduzieren die Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen und helfen gleichzeitig, die Betriebskosten zu senken und die EU-Vorschriften einzuhalten. Allerdings sind Zerstörungstechnologien nur ein Teil der Lösung. Um eine wirklich PFAS-freie Zukunft zu erreichen, bedarf es nicht nur der aktiven Zerstörung aktueller und historischer Kontaminationen, sondern auch strenger regulatorischer Beschränkungen für die Verwendung von PFAS.