Darstellung eines metallhaltigen Polymers mit Ferrocen-Einheiten, mit dem sich PFAS-Moleküle selbst aus dem Wasser filtern lassen. (Bild: Markus Gallei)
PFAS sorgen unter anderem dafür, dass Regen von Outdoor-Jacken abperlt, sie stecken in Pappschachteln, in denen Essen verpackt wird, oder sie sind Bestandteil von Löschmitteln und Feuerschutzkleidung. Doch ihre besonderen Eigenschaften sind auch ein Problem: Denn die fluorierten Chemikalien sind in der Natur nicht abbaubar. Deshalb läuft in der EU aktuell ein Verfahren zu einem möglichen Verbot von PFAS. Nachgewiesen sind sie inzwischen überall auf der gesamten Erde – im Wasser, im Boden, in der Luft, in Pflanzen, Tieren und, am Ende der Nahrungskette, im Menschen.
Von dort entfernen lassen sich die organischen Moleküle bisher nur mit großem Aufwand. Aus dem Wasser beispielsweise kann man PFAS bisher nur mit speziellen Membranen oder mit der deutlich günstigeren Aktivkohle effektiv herausfiltern. Diese muss man dann allerdings verbrennen oder relativ harschen Bedingungen aussetzen, um die Stoffe endgültig zu vernichten, da man die PFAS nicht mehr aus den Filtern herauslösen kann.
Metallocene helfen beim Abscheiden
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Markus Gallei, Professor für Polymerchemie an der Universität des Saarlandes, und Xiao Su aus Illinois sowie ihren Doktoranden Frank Hartmann (Uni Saar) und Paola Baldaguez (Illinois) haben eine Methode gefunden, wie man PFAS aus dem Wasser entfernen kann und sie im Anschluss gleich wieder freisetzen kann. So können die fluorierten Substanzen nicht nur gesammelt, sondern auch gezielt untersucht und vernichtet werden, und zwar, ohne gleich den Filter verbrennen zu müssen.
Das Geheimnis dahinter ist eine elektrochemische Methode, in der eine bestimmte Gruppe metallhaltiger Polymere, so genannte Metallocene, die Hauptrolle spielen. Die älteste dieser Verbindungen, Ferrocen auf Eisenbasis, wurde 1951 entdeckt, im Anschluss folgten viele weitere Varianten. Frank Hartmann, Markus Gallei und ihr internationales Team haben nun herausfinden können, dass Elektroden aus Ferrocen und – noch viel effektiver – aus einem Cobaltocen, das Frank Hartmann hergestellt hat, die PFAS-Moleküle selbst in winzigsten Mengen aus dem Wasser herausfiltern können.
PFAS lassen sich auch wieder freisetzen
Der Clou dabei ist jedoch ein anderer: Wenn man Ferro- oder Cobaltocen „schaltet“, also eine elektrische Spannung anlegt, geben sie die PFAS-Moleküle wieder effizient ab. „Und das kann Cobalt deutlich besser als Eisen“, konnte Frank Hartmann beobachten. „Das bedeutet nichts anderes, als dass wir eine Methode gefunden haben, wie man PFAS zum einen aus dem Wasser entfernen kann und darüber hinaus, wie man sie wieder freisetzen kann, so dass man die Elektrode vielfach nutzen kann. Anders als den Aktivkohlefilter, den ich vernichten muss, nachdem die PFAS-Moleküle in ihm hängengeblieben sind, kann ich die Metallocene tausendmal schalten, wenn ich will“, fasst Markus Gallei die Bedeutung der Forschungsarbeit zusammen.
Die Forscher aus Deutschland und den USA könnten, so die Hoffnung, damit die Grundlage für weitere Entwicklungen in größerem Maßstab gelegt haben, um die unerwünschten Chemikalien effizient aus dem Wasser der Flüsse und Ozeane herauszufiltern.
