Man sieht sie nicht, man riecht und schmeckt sie nicht, und trotzdem sind sie überall: PFAS – Abkürzung für per- und polyfluorierte Alkylverbindungen. Weil sie sich nur schwer zersetzen lassen, werden sie auch „Ewigkeitschemikalien“ genannt. Über die Ozeane und atmosphärische Strömungen gelangen sie in die entlegensten Regionen der Erde und reichern sich über Nahrungsketten an. So wurden einige bereits in den Polargebieten nachgewiesen – auch im Blut von Pinguinen und Eisbären.

PFAS sind so stabil, dass sie, einmal mit der Nahrung oder dem Trinkwasser aufgenommen, nicht verstoffwechselt werden. Klingt erst einmal gut – aber da sie lipophil, also fettlöslich, sind, reichern sie sich in Organen wie den Nieren und der Leber an.

Studien mit Nagetieren deuten auf Interaktionen mit Schilddrüsenhormonen, Neurotoxizität und Auswirkungen auf das Immunsystem hin. Kann man sie dann nicht einfach alle verbieten? So einfach ist das leider nicht. Zum einen gibt es Anwendungen, bei denen sie unersetzbar sind. Zum anderen verschwinden dadurch nicht die Substanzen, die bereits in der Umwelt sind. Sebastian Hasenstab-Riedel weiß mehr. Er ist Sprecher des Sonderforschungsbereichs „Fluor-Spezifische Wechselwirkungen“.

Herr Professor Hasenstab-Riedel, was macht PFAS so besonders, dass es inzwischen mehr als 10.000 verschiedene dieser synthetischen Verbindungen gibt?

Die Fluorbindung ist eine der stabilsten chemischen Bindungen zum Kohlenstoff, die wir kennen. Das macht sie wasser-, fett- und schmutzabweisend und auch unempfindlich gegenüber Säuren und Hitze. Eigenschaften, die für Gore-Tex-Kleidung oder die Teflonpfanne sehr nützlich sind. Die Kehrseite ist, dass sie in der Umwelt praktisch nicht abgebaut werden können.

Was halten Sie von einem umfassenden Verbot aller PFAS, wie die Europäische Union es anstrebt?

Die Organische Fluorchemie komplett zu verteufeln, wäre ein Irrweg. Denn um manche Stoffe kommen wir einfach noch nicht herum. Wir müssen aber im Auge behalten: Wo akkumulieren sich bestimmte Verbindungen? Was bewirken sie? Und wie kann man das regulieren? Deshalb haben wir als deutsche Fluorchemiker bereits vor einigen Jahren dafür plädiert zu differenzieren: Zwischen den PFAS, die wir sofort ohne Probleme ersetzen können – den Non-Essentials – und solchen, die man nicht ersetzen kann, den Essentials.

Wo sind PFAS bisher unverzichtbar?

Aus Teflonvarianten werden beispielsweise auch Herzklappen oder Beschichtungen von medizinischen Implantaten hergestellt. So werden Anhaftungen, etwa von Bakterien verhindert, die zu schweren gesundheitlichen Problemen führen könnten. Auch bei bestimmten Augenoperationen sind sie unverzichtbar.

Jenseits der Medizin gibt es viele Bereiche, in denen Materialien extremen Bedingungen standhalten müssen. Dichtungsringe aus PFAS verhindern, dass ätzende Schwefelsäure aus großen Tanks in Chemiefabriken austreten kann. Etliche fluorierte Verbindungen finden sich in jedem Laptop, Smartphone oder Windrad – zum Beispiel als Haftvermittler an den Elektroden von Batterien. Ebenso in Flugzeugen, wo sie als nicht entflammbare Isolierschicht Hunderte Kilometer Kabel ummanteln und als Löschmittel in der Kabine eingesetzt werden.

Ob Pizzakartons allerdings eine PFAS-Beschichtung brauchen, ist fraglich. Auch auf gewachster Zahnseide, in Skiwachs oder in wasserfestem Make-up können sicherlich alternative Verbindungen eingesetzt werden, die die Umwelt weniger schädigen.

Dann ist es eigentlich ein ähnliches Problem wie mit Mikroplastik …

Ja, wenn man so will? Nur sind PFAS keine winzigen Partikel, sondern sehr viel kleinere Moleküle. Beides ist jedoch mittlerweile nahezu überall in der Umwelt verbreitet. Da sind leider in der Vergangenheit extrem viele Probleme erzeugt worden. Wenn etwas in riesigen Mengen produziert wird und sehr stabil ist, muss es ja auch irgendwohin. Und da Analytik und Nachweisgrenzen immer besser werden, findet man es dann irgendwann auch überall. Sehr anschaulich wird das beim Vergleich des PFAS-Gehalts in alten und jungen Weinen, wie kürzlich von einem Kollegen gezeigt.

Kunststoffe und PFAS haben die Menschheit aber auch weitergebracht, oder?

Sie waren ein Segen, gerade weil sie so stabil sind! Aber das wird langfristig zum Nachteil. Wir hatten Ende des 20. Jahrhunderts massive Probleme mit chlorierten Verbindungen, die drohten, die Ozonschicht zu zerstören. Aber wir konnten leichter Alternativen finden, weil sie überwiegend in der großtechnischen Chemie eingesetzt wurden. PFAS hingegen werden viel breiter verwendet, sowohl in der Industrie als auch in vielen Produkten unseres Alltags.

Wie sieht es mit Ersatzstoffen aus?

Dass irgendein anderes Element oder Material die besonderen Eigenschaften, die von fluorierten Verbindungen ausgehen, haben könnte, ist nur schwer vorstellbar: Es braucht eine starke Bindung zum Kohlenstoff, und die Verbindung muss gleichzeitig fettlöslich und wasserabweisend sein. Die eierlegende Wollmilchsau also.

In vielen Bereichen könnten Silikone eine gute Alternative sein, etwa für die Beschichtung von Textilien oder für Schmierstoffe. Aber im Grunde muss man sich jede Anwendung einzeln ansehen: Hat der Ersatzstoff noch die entscheidenden Eigenschaften? Und welche Abstriche kann ich in Kauf nehmen, damit er seine Funktion noch gut erfüllt?

Bei all dem dürfen wir aber die Produktionsketten nicht außer Acht lassen. Die Synthese von fluorierten Verbindungen, darunter auch PFAS, ist sehr anspruchsvoll. Sie beginnt mit der Umwandlung von Kalziumfluorid in Fluorwasserstoff, und um langkettige PFAS oder Polymere herzustellen, benötigt man vorher kurzkettige. Nur kleine Mengen für Nischenprodukte herzustellen – etwa fluorierte Lösungsmittel, wie sie bei Operationen an den Augen verwendet werden – ist unrentabel. Für diese Verbindung gibt es viele großtechnische Anwendungen. Wenn wir die verbieten, brechen auch die Lieferketten für essenzielle Anwendungen in kleinerem Umfang zusammen.

Gibt es Möglichkeiten, PFAS wieder aus Wasser, Boden und Luft herauszuholen?

Im Sonderforschungsbereich arbeiten wir intensiv am Verständnis der Interaktionen, die von fluorierten Verbindungen ausgehen. In der Arbeitsgruppe von Rainer Haag zum Beispiel wird an Absorbermaterialien gearbeitet, die PFAS aus Wasser herausfiltern sollen. Bei langkettigen, polaren PFAS können Ionenaustauscherharze oder Aktivkohle verwendet werden. Problematisch wird es aber, wenn man sehr kleine Verbindungen wie die Trifluoressigsäure aus einer wässrigen Umgebung herausholen will. Sie steht am Ende der Abbaukette vieler anderer fluorierter Moleküle und ist wasserlöslich. Es wird extrem kostspielig für Wasserbetriebe werden, sie aus Trinkwasser herauszuholen. Da ist noch viel Grundlagenforschung nötig, um ideale Absorber zu entwickeln.

Und wie lassen sich PFAS endgültig entsorgen?

Man kann sie entweder in speziellen Müllverbrennungsanlagen thermisch zersetzen oder in Kugelmühlen mit entsprechenden Zuschlägen in andere Verbindungen umwandeln, wie es im Rahmen unseres Sonderforschungsbereichs in den Arbeitsgruppen von Thomas Braun von der Humboldt-Universität und Franziska Emmerling von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erprobt wird. Die Kunst wird letztlich sein – im Sinne einer grünen, nachhaltigen Chemie –, PFAS-Abfall so zu behandeln, dass daraus wieder nützliche Moleküle entstehen.