Ewigkeitschemikalien loswerden
Wie entfernen wir PFAS aktiv aus der Umwelt?
Sie stecken in Regenjacken und Bratpfannen, in Feuerlöschschäumen und Fast-Food-Verpackungen, in Dichtungsringen und medizinischen Implantaten: Per- und Polyfluoralkylsubstanzen, kurz PFAS. Diese synthetischen Chemikalien haben der Industrie jahrzehntelang treue Dienste geleistet – doch mittlerweile stellen sie ein globales Umweltproblem dar. Weil sie von selbst nicht mehr verschwinden, sind moderne Technologien gefragt, um diese „Ewigkeitschemikalien“ aktiv aus der Umwelt zu entfernen und eine weitere Anreicherung zu unterbinden.
Die Chemie des Problems
PFAS umfassen mehr als 12 000 verschiedene Verbindungen, die sich durch ihre extrem stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen auszeichnen [1]. Diese chemische Struktur macht sie wasserfest, hitzebeständig, schmutzabweisend – und damit ideal für Beschichtungen, Funktionstextilien und industrielle Anwendungen.
Die extreme Stabilität der Kohlenstoff-Fluor-Bindung ist gleichzeitig ihr größter Vorteil – und ihr größtes Umweltproblem: Die Verbindungen bauen sich in der Natur praktisch nicht ab. Einmal freigesetzt, verbleiben sie nahezu ewig in Boden, Wasser, Luft und Lebewesen.
Wissenschaftler finden PFAS mittlerweile in Umweltproben weltweit, in Trinkwasser und sogar in Blutproben vieler Menschen [1]. Die gesundheitlichen Folgen sind besorgniserregend: PFAS können das Hormonsystem und die Immunabwehr stören und werden mit verschiedenen gesundheitlichen Effekten in Verbindung gebracht, darunter Störungen des Hormonsystems und der Immunabwehr sowie ein erhöhtes Krebsrisiko. Dabei gibt es noch viel Forschungsbedarf, um die Auswirkungen im Detail und umfassend zu verstehen [1]. Umso wichtiger ist es, nach dem Vorsorgeprinzip die Kontamination mit den Substanzen möglichst gering zu halten. Die US-Umweltbehörde EPA verschärfte 2024 die Regulierung erheblich: Neue PFAS-Verbindungen unterliegen strengeren Prüfungen, und sechs PFAS gelten nun als Trinkwasser-Schadstoffe mit Grenzwerten von 4 ng/L [2]. Und auch die deutsche Trinkwasserverordnung sieht strenge Grenzwerte für besonders kritisch bewertete PFAS vor (diese wurden zusammengefasst als Summenparameter PFAS-20 und PFAS-4, s. Tabelle am Ende des Beitrags).
Da aber bereits heute signifikante Mengen in der Umwelt freigesetzt sind, braucht es neben Prävention auch Maßnahmen zur aktiven Entfernung von PFAS.
PFAS verbieten? Ja, aber…
Mehr und mehr zeigen Studien die gesundheits- und umweltschädlichen Effekte freigesetzter PFAS. Daher ist es wichtig und richtig, diese Substanzklasse zu regulieren und so zu verhindern, dass weitere Mengen der Chemikalien in die Umwelt gelangen. Doch ganz so einfach ist es nicht. Denn während in manchen Alltagsprodukten wie Allwetterjacken oder gar Wegwerfartikeln wie Pappgeschirr fraglich ist, ob sie tatsächlich PFAS enthalten müssen, gibt es auch viele Spezialanwendungen, die auf die herausragenden chemischen Eigenschaften der PFAS angewiesen sind.
So wird zum Beispiel PTFE, besser bekannt als Teflon, in der Medizintechnik für verschiedene Anwendungen eingesetzt, etwa in Beschichtungen oder Komponenten von Medizinprodukten wie Endoskope benötigt. Ein vollständiges Verbot könnte hier erhebliche technologische Einschränkungen mit sich bringen, wie Dr. Janina Bolling, Leiterin des Spectaris-Fachverbandes Analysen-, Bio- und Labortechnik betont. Gleichwertige Alternativen müssen zunächst entwickelt und zugelassen werden [10].
Ähnliches gilt für den Automobilsektor „Ohne PFAS sind heute weder die bestehenden Fahrzeuge noch zukünftige Fahrzeugtechnologien (z.B. Traktionsbatterie, Brennstoffzelle, Leistungselektronik) denkbar“, heißt es in einer Präsentation des Verbands der Automobilindustrie (VDA). So sind Komponenten der Batterie von E-Autos ebenso auf PFAS angewiesen wie Bestandteile der Brennstoffzelle bei Wasserstofffahrzeugen [11].
Auch die tatsächlichen Kontaminationsrisiken sind weiterhin Gegenstand laufender Forschung. So wurden beispielsweise bei Brennstoffzellantrieben PFAS im Wasserdampf nachgewiesen, die aus der Protonenaustauschmembran freigesetzt werden. Zwar lagen die gemessenen Werte innerhalb der geltenden -Richtlinien, doch das Ergebnis verdeutlicht die Komplexität und Reichweite der Problematik [12].
Abtrennen und aufkonzentrieren: Physikalische Verfahren
Eine naheliegende Option der PFAS-Bekämpfung sind bewährte physikalische Trennverfahren. Die EPA hat drei Technologien als beste verfügbare Verfahren für die Trinkwasseraufbereitung eingestuft: Adsorption an Aktivkohle, Ionenaustausch sowie die Hochdruck-Membranfiltration (in Form von Umkehrosmose und Nanofiltration) [3].
Membranfiltration funktioniert wie ein molekulares Sieb und kann PFAS effektiv aus Wasser entfernen. Bei der Nanofiltration kommen beispielsweise semipermeable Membranen zum Einsatz, deren Porendurchmesser im Bereich weniger Nanometern liegt. So werden PFAS-Moleküle zurückgehalten, während kleinere Moleküle und Ionen je nach Größe und Ladung passieren können [4]. Eine Trinkwasseraufbereitungsanlage in Frankreich hat die Wirkung in der Praxis demonstriert: Nach der Nanofiltration lagen die PFAS-Konzentrationen im gereinigten Wasser unter der Nachweisgrenze von vier Nanogramm pro Liter [5].
Umkehrosmoseanlagen funktionieren ähnlich wie die Nanofiltration, arbeiten aber mit höheren Drücken. In beiden Fällen wird der Eingangsstrom des Wassers aufgespalten in ein gereinigtes Permeat und den kontaminierten Reststrom (die Sole), worin die PFAS-Konzentration deutlich angereichert ist [3].
Physikalische Verfahren entfernen PFAS nicht endgültig, sondern konzentrieren sie lediglich. Für den PFAS-Vertreter Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) zeigten Studien mit verschiedenen Membranen Abscheideraten von über 99 Prozent – und das über einen weiten Konzentrationsbereich von 0,5 bis 1500 mg/L [5]. Auch bei den kürzeren PFBS-Molekülen (Perfluorbutansulfonsäure) erzielt die Membrantechnik Abscheideraten von 60 bis 80 Prozent [6].
Beide Membrantechnologien bringen jedoch ihre Herausforderungen mit sich. Fouling – die kontinuierliche Ablagerung von kolloidalen und organischen Stoffen, ausgefällten Salzen oder mikrobiellen Bewüchsen auf der Membranoberfläche – reduziert die Flussrate durch die Membran erheblich [5]. Daher müssen die Membranen regelmäßig ausgetauscht werden. Zudem ist das PFAS-Problem durch Filtration allein lediglich verlagert, nicht behoben. Schließlich sind in der Sole die Ewigkeitschemikalien angereichert und müssen entsprechend weiter aufbereitet beziehungsweise entsorgt werden (mehr dazu im Abschnitt zur chemischen PFAS-Entfernung) – ein Nachteil, den alle physikalischen Trennverfahren gemeinsam haben.
Adsorption an Aktivkohle nutzt die große spezifische Oberfläche poröser Kohlenstoffpartikel (granular activated carbon, kurz GAC), an der PFAS zurückgehalten werden. Dabei ist die Effektivität der Aktivkohle abhängig von ihrer Porenstruktur und den zu entfernenden Kontaminanten: Längerkettige PFAS wie PFOS und PFHxS (Perfluorhexansulfonsäure) werden bevorzugt in größeren Mesoporen adsorbiert (2 bis 50 nm), während kurzkettige PFAS besser in Mikroporen unter 2 nm Durchmesser eindringen [6].
Generell nimmt die Effizienz der Aktivkohlefilter aber ab, wenn kleinere Moleküle vorliegen, etwa bei PFBA und PFPeA (Perfluorpentansäure) mit vier beziehungsweise fünf Kohlenstoffatomen in der Kette [6]. Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Kapazität der Filter. Diese müssen regelmäßig ausgetauscht und regeneriert werden, was einen zusätzlichen Ressourcenaufwand bedeutet [7]. Das beladene Adsorbens wird typischerweise thermisch behandelt, sprich bei hohen Temperaturen verbrannt.
Statt Aktivkohle kommen auch Ionenaustauschharze zur PFAS-Entfernung zum Einsatz, insbesondere bei den kurzkettigen Vertretern der Substanzklasse. Sie erreichen dabei Entfernungsraten von 77 bis 99 Prozent. Diese Technik funktioniert, weil der Großteil der im Wasser zu findenden PFAS als anionische Spezies vorliegt. Die kationischen Endgruppen der Harze geben lose gebundene Anionen (z.B. Chlorid) an das Wasser ab und binden dafür an die anionischen Gruppen der PFAS wie Carboxylat (-COO–) oder Sulfonat (-SO₃–) [6].
Laut EPA ist der ökologische Fußabdruck von Ionenaustauschern typischerweise nur ein Viertel so groß wie bei Aktivkohlefiltern. Die beladenen Harze werden schließlich aus dem Filter entfernt und bei Temperaturen von über 1000 °C verbrannt, was selbst die sehr hitzebeständigen PFAS zerstört. Wie bei den anderen physikalischen Trennverfahren ist also auch hier die thermische Nachbehandlung essenziell, um die PFAS dauerhaft zu eliminieren [7].
Zerstören statt nur entfernen: Chemische Abbauprozesse
Während physikalische Verfahren PFAS lediglich sammeln und aus einem Medium wie Wasser entfernen, gehen destruktive Methoden einen Schritt weiter.
Die einfachste und naheliegendste chemische PFAS-Entfernung ist die thermische Behandlung, sprich Verbrennung. Erst durch die Zerstörung der stabilen Molekülstruktur wird das PFAS-Problem tatsächlich gelöst. Die amerikanische Firma Veolia erzielte 2024 bei Tests nach eigenen Angaben Zerstörungsraten von über 99 Prozent für einige PFAS, in Spitzenfällen sogar bis zu 99,9999 Prozent für PFOS und PFHxS. In 41 von 45 Proben ließen sich nach der Hochtemperatur-Behandlung keinerlei PFAS-Rückstände mehr in Asche, Schlacke oder Filterkuchen nachweisen [8].
Bei der thermischen Behandlung werden die Kohlenstoff-Fluor-Bindungen durch hohe Temperaturen (typischerweise über 1000 °C) gespalten. Die entstehenden Verbrennungsprodukte lassen sich durch Ausfällung oder Nasswäsche abfangen oder bei erhöhter Temperatur weiter oxidieren. Am Ende entstehen unter anderem Fluorid-Ionen sowie weitere anorganische und gasförmige Produkte.
Allerdings: Die Reaktionsabläufe sind im Detail noch nicht alle vollends aufgeklärt. Es besteht die Gefahr von bislang unbekannten Nebenreaktionen und potenziell toxischen Spaltprodukten, besonders, wenn die Verbrennung in Kombination mit Aktivkohle erfolgt [6].
Neben der klassischen Verbrennung bieten sich weitere chemische Verfahren an, um PFAS abzubauen.
Zum einen gibt es die Option der elektrochemischen Behandlung. Mit speziellen Graphitelektroden werden langkettige PFAS über radikalische Zwischenprodukte (Perfluoralkyl-Radikale) zu kurzkettigen Spezies umgesetzt und schließlich abgebaut zu Kohlendioxid und Fluorwasserstoff – ein korrosives, toxisches Gas mit ganz eigenen Herausforderungen [6].
Ebenfalls möglich ist eine photokatalytische Behandlung. Hierbei kommen Photokatalysatoren zum Einsatz, die lichtgetriebene Zersetzungsreaktionen begünstigen. Allerdings zeigt unmodifiziertes Titandioxid allein keine ausreichende Leistung, und auch Systeme mit Titandioxid/Wolframtrioxid und gekoppelter Ozonbehandlung erreichten in Tests lediglich Entfernungsraten von 25 Prozent bei sechs untersuchten PFAS. Über die resultierenden Nebenprodukte sowie deren mögliche Toxizität fehlen bislang ausreichende Untersuchungen, sodass dieses Verfahren zwar ein großes Potenzial bietet (auch aufgrund des geringen Energiebedarfs), aber aktuell noch nicht geeignet ist für eine breite Anwendung [6].
Die Liste der Verfahren geht aber noch weiter: Von Nanomaterialien mit adsorptiven und reaktiven Eigenschaften bis hin zu mikrobiell getriebenen Abbauprozessen gibt es eine Vielzahl an Strategien, um die langlebigen PFAS wieder zu zersetzen.
So zeigt etwa die Schaumfraktionierung vielversprechende Ergebnisse: Das Verfahren nutzt die oberflächenaktiven Eigenschaften von PFAS und konzentriert sie in Schaumblasen. Kombiniert mit Ozon-Behandlung (Ozonfraktionierung) lassen sich einzelne PFAS-Verbindungen gezielt aus komplexen Mischungen isolieren und in Einzelfällen Entfernungseffizienzen von über 99 Prozent erreichen können [6]. Allerdings werden kurzkettige PFAS durch diese Technik weniger effizient entfernt.
Auch Ultraschallbehandlung lässt sich gegen PFAS einsetzen. Dieses Verfahren nutzt Kavitation. Dabei handelt es sich um die extremen Kräfte, die entstehen, wenn hochfrequenter Ultraschall instabile Luftbläschen im Wasser erzeugt, die schließlich kollabieren. Dabei entstehen Hotspots von etwa 5000 °C und 500 bar Druck. An diesen Hotspots können PFAS-Moleküle an der Luft-Wasser-Grenzfläche akkumulieren und pyrolytisch zersetzt werden [9].
Prävention als Schlüssel
Die Liste der Optionen ist also lang und vielseitig. Doch bei all den bereits etablierten und zahlreichen noch weiter zu erforschenden Methoden der PFAS-Entfernung darf eines nicht vergessen werden: Die wirksamste Strategie gegen PFAS-Kontamination ist es, die Freisetzung der Chemikalien von vornherein zu vermeiden.
PFAS-Grenzwerte gemäß Trinkwasserverordnung
Die deutsche Trinkwasserverordnung 2023 führt erstmals verbindliche Grenzwerte für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) ein. Dabei wird zwischen zwei Stufen unterschieden:
• Seit dem 12. Januar 2026:
Summengrenzwert von 0,1 µg/L für eine ausgewählte Gruppe von 20 toxikologisch relevanten Substanzen, die als PFAS-20 zusammengefasst werden.
• Ab dem 12. Januar 2028:
Verschärfter Summengrenzwert von 0,02 µg/L für vier als besonders kritisch eingestufte Substanzen (PFAS-4). [13]
Das Bewusstsein für die weitreichenden Folgen von PFAS auf Mensch und Umwelt ist vergleichsweise jung. Dank eines zunehmenden Fokus der Öffentlichkeit und Medien steigt das Interesse an Forschungsarbeiten zu dem Thema – und dementsprechend die Chance, neue Substanzklassen zu erschließen und das Kapitel der PFAS nach und nach zu Ende zu führen. Möglichst effiziente und nachhaltige Trennverfahren und Zersetzungsmethoden spielen dabei eine wichtige Rolle.
Die Herausforderung, PFAS aus der Umwelt zu entfernen, zeigt eindrucksvoll, wie eng Chemie, Umwelttechnik und innovative Verfahren miteinander verzahnt sind. Genau hier setzt moderne Forschung an – und sie braucht präzise Analytik, zuverlässige Materialien und leistungsfähige Methoden.
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Quellen:
[1] Umweltbundesamt: FAQ zu PFAS https://www.umweltbundesamt.de/was-sind-pfas/
[2] US Environmental Protection Agency (EPA): Key EPA Actions to Address PFAS (2024) https://www.epa.gov/pfas/
[3] US Environmental Protection Agency (EPA): PFAS National Primary Drinking Water Regulation – Treatment Technologies Fact Sheet (2024) https://www.epa.gov/system/files/documents/2024-04/pfas-npdwr_fact-sheet_treatment_4.8.24.pdf
[4] STV Inc.: Emerging Technologies for PFAS Treatment: The Next Generation of Clean Water https://stvinc.com/insight/emerging-technologies-for-pfas-treatment-the-next-generation-of-clean-water/
[5] Interstate Technology & Regulatory Council (ITRC): PFAS Technical and Regulatory Guidance – Treatment Technologies https://pfas-1.itrcweb.org/12-treatment-technologies/
[6] PubMed Central (PMC): PFAS in water environments: recent progress and challenges (2025) https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/
[7] Schaller WTI: PFAS-Entfernung https://www.schaller-wti.de/inhalt/pfas-entfernung/
[8] Veolia North America: Veolia Completes Most Comprehensive Industry Testing on PFAS Waste (2024) https://www.veolianorthamerica.com/
[9] Interstate Technology & Regulatory Council (ITRC): PFAS Technical and Regulatory Guidance – Ultrasonication Treatment https://pfas-1.itrcweb.org/12-treatment-technologies/
[10] LABORPRAXIS-Interview: „PFAS-Beschränkungen: Wichtig, aber mit Augenmaß“ https://www.laborpraxis.vogel.de/
[11] VDA-Präsentation: PFAS in der Automobilindustrie (pdf) https://www.vda.de/
[12] Lange, T. Et al., Investigating PFAS emissions of light- and heavy-duty fuel cell electric vehicles”, Journal of Power Sources Advances 32 (2025), DOI: 10.1016/j.powera.2025.100171; https://www.sciencedirect.com/
[13] Bundesgesundheitsministerium: Trinkwasserverordnung 2023 (TrinkwV) https://www.gesetze-im-internet.de/trinkwv_2023/TrinkwV.pdf
