Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Rekordmethode vorgestellt, um eine Gruppe schädlicher „Ewigkeitschemikalien“ aus verunreinigtem Wasser zu entfernen.
Laut dem leitenden Autor, dem Ingenieur Youngkun Chung von der Rice University in den USA, kann die Filtertechnik grosse Mengen per- und polyfluorierter Alkylsubstanzen (PFAS) aufnehmen – und das „etwa 100-mal schneller als kommerzielle Aktivkohlefilter“.
PFAS: langlebig und gesundheitlich bedenklich
PFAS sind künstlich hergestellte Stoffe, die Oberflächen gegen Wasser, Feuer und Fett schützen sollen. Seit den 1940er-Jahren werden sie produziert und kommen unter anderem in Regenjacken, Polsterstoffen, Antihaft-Pfannen, Lebensmittelverpackungen, Feuerlöschschäumen und vielen weiteren Produkten zum Einsatz.
Ihre extreme Beständigkeit hat jedoch eine Kehrseite: Die Kohlenstoff-Fluor-Bindung im Kern dieser Moleküle ist so stabil, dass PFAS voraussichtlich Tausende Jahre benötigen, um abgebaut zu werden.
Inzwischen sind sie in Wasser, Boden, Luft – und auch in unseren Körpern – nachweisbar. Das ist problematisch, denn mindestens zwei dieser „Ewigkeitschemikalien“, PFOA und PFOS, werden mit Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fruchtbarkeitsproblemen und Geburtsfehlern in Verbindung gebracht.
Zudem sind heute noch mehr als 12.000 weitere Varianten auf dem Markt, deren gesundheitliche Auswirkungen weitgehend unbekannt sind.
Behörden und Industrie arbeiten zwar an der Beseitigung der Belastung, doch etablierte Verfahren gelten als langsam und können zusätzlichen Abfall erzeugen.
Neues LDH-Filtermaterial entfernt PFAS in Minuten
Der neue Ansatz basiert auf einem Schicht-Doppelhydroxid (LDH), das Kupfer und Aluminium mit Nitrat kombiniert.
Chung betont: „Diese LDH-Verbindung hat PFAS mehr als 1.000-mal besser eingefangen als andere Materialien.“ Ausserdem sei der Prozess aussergewöhnlich schnell: „Sie arbeitete auch unglaublich schnell und entfernte grosse Mengen PFAS innerhalb von Minuten – etwa 100-mal schneller als kommerzielle Aktivkohlefilter.“
Die besondere Leistungsfähigkeit erklärt das Team mit der Struktur des Materials: Schichten aus Kupfer und Aluminium weisen eine leichte Ladungs-Unwucht auf. Dadurch werden PFOA-Moleküle regelrecht angezogen und binden dann fest an den Filter.
Wiederverwendung des Filters und Ausblick
Sobald das Adsorptionsmaterial mit PFOA gesättigt war, erhitzten die Forschenden das Material und gaben Calciumcarbonat hinzu. Damit liess sich das LDH zur erneuten Nutzung „reinigen“; gleichzeitig wurde dem PFOA sein Fluor-Rückgrat entzogen und die Substanz damit effektiv zerstört.
Das verbleibende Fluor-Calcium-Material könne sicher auf einer Deponie entsorgt werden, sagte der Rice-Ingenieur Michael Wong gegenüber The Guardian.
Wong sieht grosses Potenzial: „Wir sind begeistert vom Potenzial dieser einzigartigen LDH-basierten Technologie, die Behandlung von PFAS-belasteten Wasserquellen in naher Zukunft zu verändern.“
Auch wenn die Technologie noch am Anfang steht, hat sie in Laborstudien – insbesondere für PFOA – bereits sehr vielversprechende Ergebnisse geliefert. Der Filter funktionierte in Tests mit PFAS-belastetem Wasser aus Flüssen, aus Leitungswasser sowie aus Kläranlagen. Langfristig hoffen die Forschenden, dass sich das Verfahren unkompliziert in Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung und Abwasserbehandlung integrieren lässt.
Die Studie ist in Advanced Materials erschienen.
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