PFAS-Moleküle: Wie eine langlebige Chemikalie in unsere Gewässer gelangt?
Die Empa hat in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und der Universität Bern untersucht, wie Trifluoressigsäure (TFA), das kleinste der PFAS-Moleküle, in der Atmosphäre entsteht und von dort über Niederschläge in Gewässer gelangt. Die Studie kombinierte eine dreijährige Messperiode mit archivierten Wasserproben aus den letzten Jahrzehnten und einem detaillierten atmosphärischen Modell. Das Resultat: Der Eintrag der Chemikalie in die Umwelt hat sich in den letzten Jahrzehnten vervielfacht – und wird auch in Zukunft weiter zunehmen.
Die Stoffklasse der PFAS umfasst tausende von chemischen Verbindungen. Lange nicht alle davon sind gut untersucht. Die Freisetzung, Ausbreitung, Anreicherung und Wirkung zahlreicher PFAS sind Gegenstand laufender Forschung. Im Visier der Forschenden ist unter anderem Trifluoressigsäure, kurz TFA. Das kleinste Molekül der PFAS-Familie entsteht als Abbauprodukt unterschiedlicher anderer Substanzen, etwa vieler Treib- und Kältemittel. Einmal gebildet, wird TFA in der Umwelt kaum abgebaut. «TFA, die in der Atmosphäre gebildet wird, gelangt schnell in den Niederschlag, und von dort in Oberflächengewässer und dann ins Grundwasser», sagt Stefan Reimann, Empa-Forscher aus dem Labor «Luftfremdstoffe / Umwelttechnik».
Drei Jahre Proben
Wie und wo genau sich TFA in der Atmosphäre bildet und in welchen Mengen die Substanz in die Gewässer gelangt, wurde bislang wenig untersucht. In einer gemeinsamen Studie, die nun in der Fachzeitschrift «Atmospheric Chemistry and Physics» veröffentlicht wurde, gingen die Empa-Forschenden in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und der Universität Bern dieser Frage genauer nach und haben die Entstehungs- und Transportwege von TFA in der Atmosphäre modelliert und mit TFA-Messungen aus Umweltproben verglichen.
Das BAFU hat dabei über drei Jahre Proben von Niederschlägen und Oberflächengewässern auf TFA analysiert und auch archivierte Wasserproben bis ins Jahr 1984 beigezogen. Die Forschenden der Empa erstellten parallel dazu ein detailliertes Modell des atmosphärischen Eintrags von TFA. «Wir modellieren die bekannten Vorläuferstoffe von TFA, ihre Abbaupfade und Zwischenprodukte sowie die Deposition der so gebildeten TFA, sowohl über den Niederschlag als auch direkt an Oberflächen», erläutert Empa-Forscher Stephan Henne, Erstautor der Studie. Das komplexe Modell erlaubt Vorhersagen über lange Zeiträume, und zwar mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung. «Wir können für jeden Ort in Europa berechnen, wie viel TFA dort in einem bestimmten Monat in die Umwelt gelangt», sagt Henne.
Weitere Zunahme erwartet
Die Resultate der Studie zeigen: Die Konzentrationen von TFA im Niederschlag und in den Oberflächengewässern haben sich in den letzten Jahrzehnten vervielfacht. Dies sei gemäss den Forschenden in erster Reihe auf den vermehrten Einsatz von sogenannten Hydrofluorolefinen (HFO) zurückzuführen. Diese fluorierten Gase dienen als Kühl- und Treibmittel und ersetzen in dieser Rolle die klimaschädlichen Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFKW). Im Gegensatz zu den langlebigen HFKW zersetzen sich die HFO in der Atmosphäre schnell – unter anderem zu TFA. «Da die Nutzung der HFO in Kühl- und Klimaanlagen weiter zunimmt, gehen wir davon aus, dass auch die TFA-Einträge in Zukunft ansteigen werden», so Reimann.
Eine weitere bedeutende Quelle von TFA ist der Abbau von Pflanzenschutzmitteln – hier nimmt die Substanz allerdings keinen Umweg über die Atmosphäre, sondern gelangt über die Böden mehr oder weniger direkt in die Gewässer. «Ist TFA einmal im Wasser, verbleibt es praktisch ausnahmslos im Wasser,» ergänzt Stephan Henne. Der finale Anreicherungsort für die persistente fluorierte Säure ist deshalb auch der Ozean.
Wie schädlich TFA für Lebewesen ist, auch für den Menschen, ist noch nicht abschliessend erforscht. Einige neue Studien liefern Hinweise auf eine mögliche Langzeit-Toxizität. «TFA ist sehr persistent, akkumuliert sich immer mehr in unserem Wasser, und lässt sich kaum wieder entfernen», ermahnt Reimann. «Wir sollten daher nach dem Vorsorgeprinzip handeln und den Einsatz der Vorläuferstoffe so gut es geht einschränken.»
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Quelle: Pressemitteilung Empa