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Nov 02, 2023

Könnte die Welt auf PFAS umsteigen?

XiaoZhi Lim ist eine freiberufliche Autorin in Singapur. Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen. Illustration von Adrià Voltà. Sie haben über Ihre Institution vollen Zugriff auf diesen Artikel. Das

XiaoZhi Lim ist eine freiberufliche Autorin in Singapur.

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Illustration von Adrià Voltà

Sie haben über Ihre Institution vollen Zugriff auf diesen Artikel.

Im Februar dieses Jahres veröffentlichte die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) in Helsinki einen Vorschlag, der zu der weltweit größten Einschränkung der Chemikalienproduktion aller Zeiten führen könnte. Der von Umweltbehörden in fünf Ländern – Dänemark, Deutschland, den Niederlanden, Norwegen und Schweden – vorgeschlagene Plan würde die Herstellung von mehr als 12.000 Substanzen, die zusammen als ewige Chemikalien bezeichnet werden, stark einschränken.

Diese Chemikalien, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), sind überall um uns herum. Sie beschichten antihaftbeschichtetes Kochgeschirr, Smartphone-Bildschirme, wetterfeste Kleidung und schmutzabweisende Textilien. Sie werden auch in Mikrochips, Düsentriebwerken, Autos, Batterien, medizinischen Geräten und Kühlsystemen verwendet (siehe „Forever Chemicals“ in Europa).

Quelle: ECHA

PFAS sind außerordentlich nützlich. Ihre mit Fluor umwickelten Kohlenstoffketten lassen Fett und Wasser von Textilien abperlen und sie schützen Industrieanlagen vor Korrosion und Hitzeschäden. Doch ihre starken Kohlenstoff-Fluor-Bindungen können durch natürliche Prozesse nicht aufgebrochen werden. Nachdem PFAS aus Fabriken, Häusern und Fahrzeugen in die Umwelt gelangen1, tragen sie zu einem ständig wachsenden Verschmutzungsproblem bei. Der Vorschlag vom Februar geht davon aus, dass allein in Europa jährlich Zehntausende Tonnen dieser Chemikalien freigesetzt werden.

Mittlerweile ist bekannt, dass mehrere PFAS giftig sind. Sie werden mit Krebs und einer Schädigung des Immunsystems in Verbindung gebracht und sind mittlerweile nach nationalen und internationalen Gesetzen verboten. Die meisten PFAS wurden jedoch noch keiner toxikologischen Bewertung unterzogen oder mit gesundheitlichen Schäden in Verbindung gebracht. Aber Beamte der Agenturen, die den Plan bei der ECHA eingereicht haben, sagen, dass ihre Beharrlichkeit bedeutet, dass sie sich unweigerlich anhäufen werden, bis noch unbekannte sichere Schwellenwerte überschritten werden.

„Wir sehen, dass es jetzt ein inakzeptables Risiko gibt“, sagt Richard Luit, Politikberater am niederländischen Nationalen Institut für öffentliche Gesundheit und Umwelt in Bilthoven.

Es besteht keine Aussicht auf ein sofortiges Verbot. Die ECHA berät sich zu der Idee, bevor sie Stellung nimmt. Es ist unwahrscheinlich, dass die europäischen Gesetzgeber vor 2025 über einen Plan abstimmen werden, und selbst der aktuelle Vorschlag bietet Schonfristen – in manchen Fällen mehr als ein Jahrzehnt –, um Herstellern die Entwicklung alternativer Materialien oder Systeme zu ermöglichen. Es werden auch mehrere dauerhafte Ausnahmen angeboten (unter anderem für fluorierte Medikamente wie Prozac und für Materialien, die zur Kalibrierung wissenschaftlicher Instrumente verwendet werden).

Aber insgesamt geht es darum, den PFAS-Einsatz auf ein Minimum zu reduzieren. „Wir fordern von der Gesellschaft einen großen Wandel“, sagt Luit. „Wir fordern, alles umzukehren, an den Zeichentisch zurückzukehren und alternative Lösungen zu erfinden.“

Bei der Verwendung von PFAS durch Verbraucher ist bereits ein Wandel im Gange. Die Bekanntheit der giftigen Beispiele hat mehr als 100 Unternehmen und Marken, darunter Apple, dazu veranlasst, sich zum Ausstieg aus PFAS zu verpflichten, noch bevor klar ist, ob andere Materialien die gleiche Aufgabe erfüllen können.

Für industrielle Anwender ist die Vorstellung eines Lebens ohne PFAS jedoch eine schockierendere Aussicht. Daher hat der Vorschlag vom Februar eine Debatte darüber entfacht, auf welche Anwendungen fluorierter Chemikalien die Welt verzichten könnte – und welche bleiben müssen.

Eine Besonderheit fluorierter Verbindungen besteht laut Forschern darin, dass einige tödlich sind, während andere sicher genug für die Verwendung in medizinischen Produkten sind. „Fluorverbindungen sind in dieser Hinsicht wirklich, wirklich unglaublich seltsam“, sagt Mark McLinden, Chemieingenieur am US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado. „Bestimmte Fluorverbindungen sind unglaublich giftig. Und dann gibt es noch Dinge wie [das Gas] R134a, das so harmlos ist, dass man es mit Asthma-Inhalatoren direkt in die Lunge spritzt.“

Forever-Chemikalien gibt es in drei verschiedenen Formen (siehe „Fluorierte Welt“). Die notorisch giftigen Arten sind Fluortenside. Diese Moleküle ähneln denen in Seife und bestehen aus zwei Teilen: Kohlenstoffketten mit umwickelten Fluoratomen, die alles abstoßen, und einem wasserliebenden Teil an einem Ende der Ketten, der es den Molekülen ermöglicht, sich in Wasser aufzulösen.

Nachdem einige dieser Moleküle mit schwerwiegenden Gesundheitsschäden und weit verbreiteter Wasserverschmutzung in Verbindung gebracht wurden, wurden einzelne Substanzen international verboten oder stark eingeschränkt: zuerst PFOS (Perfluoroctansulfonsäure) im Jahr 2009, dann PFOA (Perfluoroctansäure) im Jahr 2019 und im letzten Jahr PFHxS ( Perfluorhexansulfonsäure). Die Hersteller sind auf andere Fluortenside umgestiegen, für die es bei vielen keine Toxizitätsstudien gibt.

Der Vorschlag vom Februar sieht einen sofortigen Ausstieg aus allen Fluortensiden vor, um „bedauerliche“ Substitutionen zu vermeiden, sagt Jona Schulze, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Umweltbundesamt in Dessau-Roßlau.

Doch der Vorschlag geht darüber hinaus. Die fünf dahinter stehenden Agenturen haben die Definition von PFAS der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung übernommen: jedes Molekül mit einem Kohlenstoffatom in einer Kette, das an zwei Fluoratome (oder, wenn am Ende der Kette, drei) gebunden ist. Die Beschränkungen im Rahmen dieser weitreichenden Definition decken die beiden anderen Arten dauerhafter Chemikalien ab.

Es gibt die Fluorpolymere, die kunststoffähnliche Form, die den meisten Verbrauchern begegnet. Das bekannteste Beispiel ist Teflon oder Polytetrafluorethylen (PTFE), lange Kohlenstoffketten, die von Fluoratomen umwickelt sind. Eine Beschichtung auf Teflonbasis macht Bratpfannen antihaftbeschichtet; In medizinischen Produkten unterstützt es das Gleiten von Kathetern durch den Körper, schützt Implantate vor dem Verfall und verhindert durch die Beschichtung der Innenseite von Flaschen und Blisterpackungen, dass Medikamente mit ihren Glas- oder Folienbehältern interagieren. Bei schmutzabweisenden Textilien kommt eine Variante dieser Struktur zum Einsatz, bei der mit Fluor umwickelte Seitenketten an einer Hauptkohlenstoffkette hängen.

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Die dritte Kategorie von PFAS besteht aus kleinen, leichten Fluorkohlenstoffmolekülen, die im Allgemeinen als Gase oder Flüssigkeiten vorliegen. R134a, das Treibmittel für Asthma-Inhalatoren, ist beispielsweise auch ein häufiges Kältemittel in Kühlschränken und mobilen Klimaanlagen. Empfindliche Geräte, die anfällig für Überhitzung sind, wie z. B. Server in einem Rechenzentrum, können in Fluorkohlenstoffflüssigkeiten getaucht werden, die das Gerät kühlen, ohne dass seine Schaltkreise kurzgeschlossen werden oder ein Brandrisiko besteht.

Obwohl nicht nachgewiesen wurde, dass Fluorpolymere und Fluorkohlenwasserstoffe den Verbrauchern direkt schaden, treten Probleme auf, wenn sie hergestellt werden und ihre Nutzungsdauer endet. Fluorpolymere werden unter Verwendung giftiger Fluortenside hergestellt, die weltweit Wasser und Boden in der Nähe von Fluorpolymeranlagen verschmutzen. Einige Forscher vermuten auch, dass Fluorpolymere im Laufe ihrer langen Lebensdauer Fragmente abgeben könnten, die klein genug sind, um aufgenommen zu werden, wie es bei Mikroplastik bekannt ist (Nature 593, 22–25; 2021). Einige der Fluorkohlenwasserstoffe sind starke Treibhausgase, andere zerfallen in ein kleinmolekulares PFAS, das sich nun im Wasser anreichert.

„Wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, werden die gesellschaftlichen Kosten durch die weitere Nutzung irgendwann die Kosten übersteigen, die jetzt mit ihrer Einschränkung verbunden sind“, sagt Schulze.

Um alle drei Formen von PFAS in einem Produkt zu sehen, sind Sie bei Autos genau richtig. Ihre Klimaanlagen verwenden ein Fluorkohlenstoff-Kältemittel, die Hydraulikflüssigkeiten enthalten normalerweise Fluortensidzusätze, die Korrosion verhindern, das lackierte Chassis ist wahrscheinlich mit einer wetterfesten Fluorpolymerbeschichtung versehen und die Sitze sind normalerweise mit einem schmutzabweisenden fluorierten Stoff bezogen.

Elektrofahrzeuge sind aufgrund ihrer Lithium-Ionen-Batterien noch stärker auf Fluormaterialien angewiesen. Diese Batterien erhalten ihre hohe Energiedichte und damit Reichweite durch den Betrieb bei relativ hohen Spannungen, erklärt Gao Liu, Chemiker am Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Kalifornien. Der metallische Inhalt ihrer Kathoden ist normalerweise ein Pulver, das mit einem Material verbunden werden muss, das der Hochspannung standhält. In den 1990er Jahren war das PTFE; Heutzutage verwenden Batteriehersteller ein billigeres Fluorpolymer namens Polyvinylidenfluorid (PVDF), das die Hälfte des Fluors enthält.

Eine Lithiumbatterie-Produktionsanlage in Huaibei, China.Quelle: Li Xin/VCG via Getty

Auch kleinere fluorierte Moleküle sind von entscheidender Bedeutung. Durch die Zugabe zu Batterieelektrolyten kann sich eine Schutzschicht aus Lithiumfluorid auf den Elektroden bilden, was die Leistung verbessert und die Lebensdauer verlängert, indem Risse verhindert werden, sagt Cheng Zhang, Chemiker an der University of Queensland in Brisbane, Australien. Dieser Bereich ist zu einem Schlachtfeld für Batteriehersteller geworden, die Cocktails aus fluorierten Zusatzstoffen entwickeln.

Liu hat ein fluorfreies Bindemittel entwickelt, das jedoch nur für eine Batterie mit niedrigerer Spannung funktioniert, beispielsweise für eine Batterie auf Basis von Lithiumeisenphosphat. Diese Batterien haben tatsächlich Vorteile: Sie halten länger und verbrauchen keine kritischen Mineralien wie Kobalt, Nickel oder Mangan – wichtige Faktoren, die bei der Ausweitung der Batterieproduktion im Kampf gegen den Klimawandel zu berücksichtigen sind, sagt Liu. Aber auch wenn Lithium-Eisenphosphat-Batterien für die stationäre Speicherung geeignet wären und bereits die Hälfte der chinesischen Elektrofahrzeuge antreiben würden, könnten sie für Langstreckenfahrzeuge nicht kosteneffektiv sein.

„Der gesamte Bereich muss sich mit besseren Chemikalien befassen“, sagt Liu. „Der Grund, warum wir auf Batterien umsteigen, ist der Schutz der Umwelt. Es macht keinen Sinn, etwas zu erfinden, das schmutziger ist als zuvor.“

Das Streben nach sauberer Energie betrifft Fluormaterialien an einer anderen Front: dem Aufbau der Wasserstoffwirtschaft. Im Mittelpunkt dieser Bemühungen stehen Elektrolyseure, die durch die Spaltung von Wasser „grünen“ Wasserstoff erzeugen und mit erneuerbarem Strom betrieben werden.

Die Schwankungen von Wind und Sonne begünstigen einen Elektrolyseurtyp, der ein Protonenaustauschmembransystem (PEM) nutzt. Solche Systeme können im Gegensatz zu älteren, gut etablierten Elektrolyseuren zur Wasserspaltung schnell hoch- und heruntergefahren werden. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei PEMs um Membranen, die die Bewegung von Protonen (also positiv geladenen Wasserstoffionen) zwischen Elektroden steuern. Für die Membran werden fluorierte Materialien bevorzugt, da sie den sauren Betriebsbedingungen standhalten.

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Um in die Produktion von grünem Wasserstoff einzusteigen, kündigte der Fluorchemikalienhersteller Chemours im Januar eine Expansion in Frankreich um 200 Millionen US-Dollar an, um mehr seiner fluorierten Nafion-Membranen zu produzieren. (Nafion wird derzeit für den wertvollen Chlor-Alkali-Prozess verwendet, bei dem Sole in Chlor und Natriumhydroxid gespalten wird, Produkte, die wiederum in der Hälfte aller industriellen chemischen Prozesse verwendet werden.)

Aber PFAS sind für grünen Wasserstoff nicht notwendig: Eine neue Alternative zu PEMs sind Systeme, die stattdessen negativ geladene Hydroxidionen in einer alkalischen Umgebung durch Membranen bewegen, sagt Benjamin Britton, ein Chemiker, der das Start-up Ionomr Innovations in Vancouver mitbegründet hat. Kanada. Ionomr gehört zu den Unternehmen, die nichtfluorierte Membranen für solche Anionenaustauschsysteme herstellen2.

Es könnte sich jedoch als schwieriger erweisen, Nafion im Chlor-Alkali-Prozess zu ersetzen: Dort sind fluorierte Membranen besser als andere Materialien in der Lage, korrosiven Chlorangriffen zu widerstehen. Dennoch untersuchen einige Forscher, ob dieser Prozess überhaupt ohne Membranen funktionieren kann.

Die mit Abstand größte Quelle der PFAS-Emissionen sind die leichten Fluorkohlenwasserstoffgase. Ihre Hauptanwendung ist die Verwendung als Kältemittel. Obwohl Ammoniak, ein frühes Kältemittel, immer noch für industrielle Anwendungen verwendet wird, waren es fluorierte Verbindungen, insbesondere Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die Klimatisierung und Kühlung der breiten Masse zugänglich machten. Das liegt daran, dass sie im Gegensatz zu Ammoniak nicht reizend und nicht brennbar sind, sagt McLinden.

Klimaanlagen in Mumbai, Indien.Quelle: Kuni Takahashi/Getty

FCKW wurden aus dem Verkehr gezogen, da sie das atmosphärische Ozon abbauen, und durch Fluorkohlenwasserstoffe wie R134a ersetzt. Aber es handelt sich hierbei um Treibhausgase – und daher erfolgt eine kontinuierliche Umstellung auf Hydrofluorolefine (HFOs)3. Diese enthalten eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen, eine Verbindung, die anfällig für Angriffe durch atmosphärische Verbindungen ist und dazu beiträgt, dass diese Moleküle innerhalb von Wochen auseinanderbrechen.

Problem gelöst? Nicht genau. Umweltwissenschaftler und -beamte befürworten nun den Ausstieg aus HFOs, da diese Moleküle in der Atmosphäre zerfallen und ein PFAS namens Trifluoressigsäure oder TFA bilden. Karsten Nödler, analytischer Chemiker am Deutschen Wasserzentrum in Karlsruhe, sagt, dass TFA zwar nicht mit gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht wird, seine Anreicherung jedoch Anlass zur Sorge gibt, da es außerordentlich schwierig aus dem Wasser zu entfernen ist. Sollte einmal eine Reinigung erforderlich sein, bleibt als letzte Möglichkeit nur die Umkehrosmose, eine teure Technik.

Zu den fluorfreien Kältemitteln gehören neben Ammoniak auch Kohlenwasserstoffe, die brennbar sind, oder Kohlendioxid, das Effizienzverluste erleidet, insbesondere bei heißem Wetter, wenn die Kühlung am meisten benötigt wird, sagt McLinden. In europäischen Kühlschränken kommen bereits Kohlenwasserstoffe zum Einsatz, diese Stoffe könnten jedoch beispielsweise in großen Klimaanlagen ein zu großes Brandrisiko darstellen. Klimaanlagen für kleine Wohnhäuser seien mittlerweile sicher genug für Kohlenwasserstoffe, argumentiert Audun Heggelund, ein leitender Berater der norwegischen Umweltbehörde in Oslo. Der Vorschlag vom Februar gibt der Klimaanlagenindustrie 12 Jahre Zeit, um auf Kohlenwasserstoffe umzusteigen, gewährt jedoch eine dauerhafte Ausnahme, wenn Sicherheitsvorschriften die Verwendung brennbarer Kältemittel verbieten.

McLinden schlägt vor, dass ein vernünftiger Ansatz darin bestehe, gegen Lecks vorzugehen. Kältemittel arbeiten in einem geschlossenen Kreislauf. Wenn sie auslaufen, funktioniert das Gerät nicht. Wenn die Hersteller also garantieren könnten, dass es keine Lecks gibt, wäre jedes Kältemittel in Ordnung, argumentiert er.

Die einfachsten, aber am weitesten verbreiteten Anwendungen von PFAS in Maschinen – von Motoren bis hin zu chemischen Reaktoren – finden an den Schnittstellen zwischen Teilen statt. Fluorpolymerfette schmieren bewegliche Oberflächen und O-Ringe, Dichtungen und Dichtungen aus Fluorelastomer verbinden Teile miteinander. (Elastomere sind Polymere, die nach einer Verformung ihre Form wiedererlangen.) Fluormaterialien sind die einzigen flexiblen Materialien, die aggressiver chemischer Korrosion, sehr hohen Temperaturen und in einigen Anwendungen ultravioletter Strahlung widerstehen können, sagt Michael Eason, Materialingenieur bei James Walker, a Unternehmen mit Hauptsitz in Woking, Großbritannien, das leistungsstarke Dichtungsprodukte herstellt. Fluorelastomer-Dichtungen sind außerdem praktisch antihaftbeschichtet, wenn Geräte zur Wartung zerlegt werden.

Fluormaterialien unterscheiden sich allein schon durch ihre Hitzebeständigkeit von anderen weichen Materialien: PTFE beispielsweise hält einer konstanten Temperatur von 260 °C zehn Jahre lang stand und verliert dabei nur 1 % seiner Masse, sagt Barbara Henry, Materialwissenschaftlerin bei WL Gore , ein Materialwissenschaftsunternehmen mit Sitz in Newark, Delaware. Dadurch können Dichtungen über die gesamte Lebensdauer ihrer Ausrüstung, beispielsweise in einem Ölbohrkopf, halten, was den Wartungsaufwand und damit die Gefährdung der Arbeitnehmer durch berufliche Gefahren minimiert. Außerdem können Maschinen wie Strahltriebwerke bei höheren Temperaturen und damit effizienter betrieben werden. „Da es fluorierte Polymere gibt, werden bei jedem Gerät, das einem kapitalistischen Prozess folgt und immer schneller und effizienter werden soll, fluorierte Materialien eingesetzt“, sagt Eason.

Ein Techniker inspiziert Dichtungen an einem Flugzeugtriebwerk, die PFAS verwenden.Quelle: Operation 2021/Alamy

PTFE schützt auch Arbeiter in der Schwerindustrie. Eine dünne Innenschicht aus PTFE in mehrschichtigen Textilien sorgt dafür, dass Kleidungsstücke leicht und atmungsaktiv bleiben und gleichzeitig genügend Hitzebeständigkeit bieten, um Lichtbögen zu widerstehen, den explosiven elektrischen Entladungen, die Textilien auf der Haut schmelzen lassen können. Gore hat fluorfreie, wetterfeste Oberbekleidung für Verbraucher entwickelt (unter Verwendung von expandiertem Polyethylen), aber Hochleistungsausrüstung erfordert immer noch PTFE, sagt Henry.

Eason und Chaoying Wan, ein Materialwissenschaftler an der University of Warwick, Großbritannien, sind sich jedoch der Bestrebungen bewusst, PFAS zu verbieten, und beginnen eine Zusammenarbeit, um Alternativen zu finden. Ein Ersatz, der alle Eigenschaften von PTFE aufweist, wäre „fast unmöglich“ zu finden, sagt Eason. Es könnten jedoch Ersatzstoffe für Anwendungen entstehen, bei denen nur eine oder zwei Eigenschaften von PTFE erforderlich sind, obwohl dies die Lieferketten verkomplizieren würde. Eason geht davon aus, dass das Ergebnis Dutzende Spezialprodukte sein könnten, während mittlerweile eine Handvoll Fluorpolymere den Bedarf von Industrien decken, die von der Luft- und Raumfahrt über die Pharmaindustrie bis hin zur Halbleiterindustrie reichen.

Auch die Hersteller von Fluorchemikalien erhalten Auftrieb durch den weltweiten Wettlauf um die Vorherrschaft im Halbleiterbereich. Im vergangenen September kündigte Chemours eine Erweiterung seines Werks in North Carolina an, um die inländische Halbleiterproduktion zu unterstützen. Und in diesem Jahr verwies auch die Asahi Glass Company, ein Chemie- und Glashersteller in Tokio, auf eine starke Nachfrage aus der Halbleiterindustrie, als sie eine Ausweitung der Produktion von Fluorchemikalien um ¥ 35 Milliarden (250 Millionen US-Dollar) ankündigte.

PFAS werden auf vielfältige Weise zur Herstellung von Computerchips verwendet. In einem entscheidenden Schritt beschichten Hersteller die Oberfläche eines Siliziumwafers mit einem „Fotolack“-Material, das PFAS enthält: Wenn der Fotolack beleuchtet wird, erzeugen diese PFAS starke Säuren, die Teile des Materials zerfressen und eine sorgfältig strukturierte Lücke hinterlassen. In einem zweiten Schritt werden die freiliegenden Teile des Wafers weggeätzt – und beim „Trockenätzen“ wird eine Gasmischung verwendet, die meist einige Fluorkohlenwasserstoffe enthält. (Fluorpolymere werden auch in einer Vielzahl von Mikrochip-Beschichtungen verwendet.)

PFAS werden zur Herstellung elektronischer Komponenten auf Mikrochips verwendet.Quelle: Qilai Shen/Bloomberg via Getty

Es ist nicht einfach, Alternativen zu den starken Säuren oder den Ätzgasen zu finden. Fluoratome sorgen für die nötige Säure und Fluorkohlenstoffgase werden für ihre Präzision beim Ätzen geschätzt. Die Semiconductor Research Corporation, ein Konsortium mit Sitz in Durham, North Carolina, fördert die Erforschung von Möglichkeiten zur Begrenzung der PFAS-Emissionen und zur Suche nach Alternativen in der Mikrochipindustrie.

In einem Fall ist es Unternehmen gelungen, beim „Nassätzen“ – Prozessen, bei denen Chemikalien in Lösung vorliegen – auf den Einsatz von Fluortensiden in geringem Umfang zu verzichten. Hier trugen Fluortenside dazu bei, dass sich die Lösungen über die zu ätzenden Oberflächen verteilen, sagt Christopher Christuk, Präsident des Elektronikchemikalienlieferanten Transene in Danvers, Massachusetts. Transene verwendet jetzt fluorfreie Tenside, die von Forschern der University of Massachusetts Lowell (UML)4 identifiziert wurden. Die wichtigste Unterstützung für diesen Wechsel kam vom Massachusetts Toxics Use Reduction Institute, einer staatlichen Behörde, die sich aus Gebühren finanziert, die von Unternehmen erhoben werden, die giftige Chemikalien verwenden. Sie hat die Partnerschaft zwischen Transgene und UML ins Leben gerufen und das Forschungsprojekt finanziert, sagt Christuk.

Industrien, die nichts anderes als die Fluorchemie kennen, müssen sich vom Glauben an ihre Magie lösen, sagt Martin Scheringer, Umweltwissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ). „PFAS sind ein Innovationshemmer“, sagt er und verweist auf das Beispiel der Brandbekämpfungsschäume. Obwohl das multinationale Technologieunternehmen 3M jahrzehntelang Schäume aus PFOS herstellte, gelang es ihm im Jahr 2002, fluorfreien Feuerlöschschaum herzustellen, allerdings erst, nachdem PFOS zu einem bekannten Schadstoff wurde. Viele andere Branchen müssen jetzt ähnliche Durchbrüche erzielen. „Wir brauchen viele Materialien, die noch nicht erfunden wurden und fluorfrei sind“, sagt Scheringer.

Im Dezember kündigte 3M an, dass es bis 2025 die Herstellung aller seiner fluorchemischen Produkte – einschließlich Fluorpolymere sowie Fluorkohlenstoffgase und -flüssigkeiten – einstellen werde, sagte jedoch nicht, was an ihre Stelle treten würde. Im Juni dieses Jahres einigte sich das Unternehmen auf eine Einigung über 10 Milliarden US-Dollar für die Reinigung von Fluortensiden aus dem Trinkwasser in Teilen der Vereinigten Staaten, obwohl noch weitere ungelöste Rechtsstreitigkeiten anhängig sind.

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Derzeit beziehen sich die meisten Fördermittel für PFAS-Themen auf die Beseitigung der Umweltverschmutzung, und keines der riesigen staatlich finanzierten Programme der Europäischen Union oder der USA zur Förderung sauberer Energie oder der Herstellung von Halbleiterchips sieht die Notwendigkeit vor, Alternativen zu PFAS zu finden. „Wir sollten einen größeren Teil der Mittel in die Forschung stecken, die neue Lösungen findet“, sagt Jonatan Kleimark, Berater bei ChemSec, einer gemeinnützigen Organisation mit Sitz in Göteborg, Schweden, die sich für sicherere Chemikalien einsetzt.

Eason und Wan versuchen Wege zu finden, Fluorpolymere ohne den Einsatz giftiger Fluortenside herzustellen. Wenn dies erreicht werden kann, argumentiert Eason, sollte es in Ordnung sein, weiterhin Fluorpolymere zu verwenden, wenn sie nicht ersetzt werden können, vorausgesetzt, dass auch das Recycling am Ende ihrer Lebensdauer gelöst wird. Aber Eason erkennt das Problem der Persistenz bei Fluorpolymeren. „Der ECHA-Vorschlag hat allen klar gemacht, dass sie etwas anders machen müssen“, sagt er. „Meiner Meinung nach sollte ein verantwortungsbewusstes Unternehmen darauf achten, den Einsatz fluorierter Materialien zu minimieren.“

Die Beamten, die das Verbot vorgeschlagen haben, sagen, dass sie Vorschläge von Herstellern begrüßen, die Herstellerverantwortung auszuweiten und geschlossene Kreislaufsysteme für das Recycling von Fluorchemikalien zu entwickeln. „Sie müssen die Informationen bereitstellen und voranschreiten“, sagt Heggelund. Er ist jedoch äußerst skeptisch und weist auf die geringen Recyclingquoten von Kunststoffen hin. Und wenn Fluorpolymere ohne giftige Tenside hergestellt werden könnten, hätten die Hersteller dies von Anfang an tun sollen, anstatt auf Vorschriften zu reagieren, sagt er.

Die ECHA sammelt bis Ende September Rückmeldungen zu dem Vorschlag. Anschließend wird der Plan überarbeitet und eine technisch-ökonomische Bewertung durchgeführt, um Kosten und Nutzen für die Gesellschaft abzuschätzen.

Die Behörde ist die einzige weltweit, die derart umfassende PFAS-Beschränkungen in Betracht zieht. Aber ein Verbot wäre ein Signal an den Rest der Welt, dass die Chemikalien akzeptabel sind. Zhanyun Wang, Umweltwissenschaftler an der ETHZ, glaubt, dass der Vorschlag innovative Forschung für Anwendungen anregen wird, für die es keine offensichtlichen Alternativen zu fluorierten Chemikalien gibt. Und für diejenigen, die dies tun, hofft Wang, dass der Vorschlag und die Marktveränderungen, die sich daraus ergeben, als „Leuchtturm“ wirken könnten, wie er es ausdrückt: Industrien auf der ganzen Welt zeigen, wie sie endgültig auf Chemikalien verzichten können.

Natur620, 24-27 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-02444-5

Korrektur 01. August 2023 : In der Grafik „Fluorierte Welt“ wurde fälschlicherweise angegeben, dass TFA ein Treibhausgas ist. Das ist es nicht. Die Grafik wurde nun aktualisiert.

Evich, MG et al. Wissenschaft 375, eabg9065 (2022).

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