Die Belastung der Umwelt mit industriellen Chemikalien wird zwar streng überwacht, doch das Monitoring deckt aktuell nur bereits bekannte Substanzen ab. Jetzt haben Forschende eine Nachweismethode entwickelt, die auch bisher nicht identifizierbare fluorierte Kohlenwasserstoffe aufspüren kann. Erste Tests von Flusswasser-Proben mit diesem Verfahren enthüllten zahlreiche zuvor unerkannte Industriechemikalien. Dies sei nur die Spitze des Eisberges an umweltbelastenden Chemikalien, so das Team.
Per- und polyfluorierte Chemikalien, kurz PFAS, werden seit den 1940er Jahren in zahlreichen Alltagsprodukten, wie Textilien, Kochgeschirr, Verpackungen, Kosmetika und Arzneimitteln eingesetzt. Sie sind nicht nur außerordentlich stabil, sondern auch wasser-, fett- und schmutzabweisend. Ihre Stabilität verdanken sie ihren zahlreichen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, die zu den stärksten und stabilsten Einfachbindungen in der organischen Chemie gehören.
Doch wo die Stabilität der PFAS in der industriellen Verarbeitung von Vorteil ist, wird sie in der Umwelt und für uns Menschen zur Belastung. Bei der Herstellung, Weiterverarbeitung, Anwendung und Entsorgung der Produkte werden diese fluorierten Kohlenwasserstoffe in die Umwelt eingetragen, in entlegene Regionen transportiert sowie in Organismen oder der Nahrungskette angereichert. Dort bauen sich diese Chemikalien nur sehr langsam ab – selbst im menschlichen Körper haben einige eine Halbwertszeit von neun Jahren. Einige PFAS stehen jedoch im Verdacht, das Krebsrisiko zu erhöhen und die Wirksamkeit von Impfungen zu reduzieren.
„Dark Matter“ der Chemikalien
Um diese bedenklichen Substanzen im Blick zu behalten, wird die Umweltbelastung durch die PFAS regelmäßig kontrolliert. Doch mit den klassischen analytischen Methoden konnten im Labor lange nur die Stoffe untersucht werden, deren Identität bekannt war und für die es Vergleichssubstanzen gab. Da die Industrie ihre Inhaltsstoffe aber selten offenlegt, standen Forschende meist vor dem Problem, dass sie nicht wussten, welche neuen PFAS nun im Umlauf sind. An dieser Stelle setzt nun ein neues Verfahren von Hanna Joerss vom Helmholtz-Zentrum Hereon für Umweltchemie des Küstenraumes und ihren Kollegen an.
„Bis vor Kurzem mussten wir im Vorfeld genau wissen, welche Stoffe wir nachweisen wollen“, sagt Joerss. „Wir haben nun eine neue Methode eingesetzt, die auch das sogenannte ‚Dark Matter‘, also die unbekannten Substanzen in den Proben, aufzeigt“. Dafür entnahmen sie zunächst Wasserproben aus deutschen und chinesischen Flüssen in der Nähe von Industriestandorten. Unter anderem mithilfe der hochauflösenden Massenspektrometrie konnten sie über die Bestimmung der Masse schließlich alle in den Proben befindlichen chemischen Verbindungen identifizieren und quantifizieren.
Verbotene Verbindungen und bedenkliche Ersatzstoffe
Die Ergebnisse enthüllten überraschend viele der Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen: „Wir haben 86 PFAS identifiziert – nur etwa 30 davon werden routinemäßig von darauf spezialisierten Laboren analysiert, acht haben wir erstmals in der Umwelt nachgewiesen“, erklärt Joerss. „Unsere Methode zeigt klar: die Belastung von Mensch und Umwelt wird unterschätzt – wir haben bislang erst die Spitze des Eisbergs gesehen“. Die meisten fluorierten Kohlenwasserstoffe konnten die Forschenden im Fluss Xiaoqing mit 63 PFAS und im bayrischen Fluss Alz mit 56 PFAS nachweisen. In dem chinesischen Fluss fanden sie sogar die inzwischen weltweit verbotene Chemikalie Perfluoroktansäure (PFOA).
„Inzwischen sind Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) und Perfluoroktansäure (PFOA) weltweit verboten, die Industrie nutzt dafür aber weitestgehend Ersatzstoffe. Diese sind für Mensch und Umwelt aber häufig genauso problematisch – wir sprechen von regrettable substitutes“, erklärt Joerss das Katz-und-Maus-Spiel zwischen Industrie, Wissenschaft und Regulierung. „Die Industrie nutzt neue Substanzen, deren schädliche Auswirkungen wissenschaftlich nachgewiesen werden müssen, dann dauert es Jahre bis Jahrzehnte, bis die Stoffe reguliert werden“, so Joess. In den Wasserproben der Alz dominierten solche Ersatzstoffe wie Hexafluorpropylenoxid-Dimersäure (HFPO-DA), die zwar noch nicht verboten, aber potenziell genauso schädlich sind wie die herkömmlichen Verbindungen.
Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon, Fachartikel: Environmental Science & Technology, doi: 10.1021/acs.est.1c07987
