Ein Industriegebiet in Grand Rapids, Michigan: Die Firma Revive Environmental lädt zur Betriebsbesichtigung ein – und präsentiert Unappetitliches aus dem Labor: ein Plastikgefäß mit einem wässrigen Konzentrat, das PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) enthält. Beim Schütteln wabert die trübe Brühe hin und her wie Ahornsirup. In der Umwelt hingegen sind die Fluorchemikalien praktisch unsichtbar. Meist denkt man daher nur kurz an sie, etwa wenn sie als „Ewigkeitschemikalien“ oder „Jahrhundertgift“ in den Schlagzeilen auftauchen. Doch anders als der allgegenwärtige Plastikmüll in der Landschaft sind sie auch schnell wieder vergessen.

Zur Stoffgruppe der PFAS zählen Tausende chemische Verbindungen, die Umwelt und Gesundheit gefährden. Seit Jahrzehnten werden sie als Hilfsmittel in der Industrie und – da wasser-, fett- und schmutzabweisend – für unzählige Produkte eingesetzt: von Pizzakartons über Textilien, Dichtungen, Kältemittel und Feuerlöschschäume bis hin zu künstlichen Herzklappen. Weil sie äußerst robust sind, reichern sie sich in der Umwelt an und haben sich bereits überall auf der Welt verteilt. Fast alle Menschen haben sie im Körper, vor allem Kinder oft in bedenklich hohen Dosen. Die möglichen Folgen reichen von Störungen des Immunsystems bis zu Krebserkrankungen.

Dieser Text ist zuerst in der Ausgabe 2/2024 von MIT Technology Review erschienen. Darin beschäftigen wir uns mit den verschiedenen Krisen dieser Welt – und wie wir sie bewältigen können. Hier könnt ihr die TR 2/2024 als Print- oder pdf-Ausgabe bestellen.

Da klingt die Idee gut, die Stoffe – wo immer es möglich ist – aus Böden und Gewässern wieder herauszuholen und zu zerstören. Um den letzten Schritt, ihre Vernichtung, kümmern sich Revive und immer mehr Unternehmen weltweit. Sie wollen die äußerst stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, die das Rückgrat der Fluorchemikalien bilden, möglichst effizient und kostengünstig knacken. Dabei setzen sie auf Wärme, Druck und Katalysatoren; auf Ultraschall, UV-Licht oder Plasma-Lichtbögen. Manche Forschungsgruppen prüfen zudem, ob Baumpilze als PFAS-Vernichter taugen. Einige Methoden werden in Feldversuchen getestet, andere in Pilotanlagen, viele funktionieren bisher nur im Labor. Aktuell ist die thermische Zersetzung in geeigneten Müllverbrennungsanlagen die Methode der Wahl. Sie erfordert allerdings einen hohen Transportaufwand, Temperaturen um 1000 Grad Celsius und eine aufwendige Abgasbehandlung. Im Idealfall bleiben von den PFAS nur Kohlendioxid und harmlose Sulfat- und Fluoridsalze übrig, ähnlich jenen in der Zahnpasta.

Die von Revive entwickelte Technik steckt in einem weißen Transportcontainer auf dem Betriebsgelände und heißt PFAS-Annihilator, auf Deutsch: PFAS-Vernichter. Als PFAS-Ex dient schlicht Wasser, allerdings in einem besonderen Zustand. Der PFAS-Annihilator sei im Wesentlichen ein PFAS-Druckkocher, der die kontaminierte Flüssigkeit auf über 500 Grad Celsius erhitze und auf rund 220 bar komprimiere, erklärt CEO David Trueba. Das Wasser befindet sich dann im sogenannten überkritischen Zustand: noch flüssig, aber mit zum Teil gasgleichen Eigenschaften. Und es ist ein schlagkräftiges Oxidationsmittel.

Die überkritische Wasseroxidation an sich ist nicht neu. Sie hat sich bereits bei der Entschärfung anderer Umweltschadstoffe bewährt und auch beim Zersetzen alter Senfgasbestände, eines chemischen Kampfstoffs aus dem Ersten Weltkrieg. Revive optimiert die Bedingungen nun für den Abbau der problematischen Fluorchemikalien. Nach der Behandlung im Annihilator sei der PFAS-Gehalt so niedrig, dass die Flüssigkeit in eine örtliche Kläranlage eingeleitet werden dürfe, sagt Trueba. Das Verfahren sei unter anderem zur Behandlung von belastetem Wasser in Deponien geeignet, das durch Leckagen austritt. Die Grenz- und Leitwerte für das Einleiten PFAS-haltiger Abwässer können sowohl für verschiedene Vertreter der Stoffgruppe als auch regional sehr unterschiedlich ausfallen. Auch in Deutschland gibt es keine bundesweit einheitlichen Vorgaben.

„Es ist der Geruch von Geld“

Für Tests lässt sich Revive immer wieder Sickerwasser anliefern, einen braunen, schlammigen Cocktail, der nach Verwesung riecht – auch am Tag der Betriebsbesichtigung. „Es ist der Geruch von Geld“, kommentiert Trueba. Schließlich sei nicht nur die Innovation an sich wichtig, sondern auch, dass sie einen Marktwert bekomme. Der Wettbewerb sorgt dann dafür, dass sich die kostengünstigsten Verfahren durchsetzen.

Das mag erbarmungslos kapitalistisch klingen, doch die Kosten sind tatsächlich ein Riesenproblem; für Unternehmen, die Schaden wiedergutmachen müssen oder wollen, und auch für die Kommunen in besonders belasteten Gebieten. „Es ist wichtig, dass sich dieses Problem nicht zu einem Hunderte-Billionen-Dollar-Problem auswächst. Es sollte auf ein Multimilliarden-Dollar-Problem beschränkt werden“, sagt Daniel Cho, Gründer und CEO von Onvector in Massachusetts und Pennsylvania, das selbst an Verfahren zu PFAS-Entschärfung arbeitet.

Am Rennen um die billigste Methode sind auch Ingenieure von Aquagga in Washington beteiligt. Sie setzen auf die hydrothermale alkalische Behandlung von PFAS, kurz HALT. Wie Revive nutzt das Verfahren Druck und Wärme, zusätzlich jedoch noch Natriumhydroxid als Katalysator. „Dadurch können PFAS bei viel niedrigeren Temperaturen behandelt werden“, sagt Brian Pinkard, Mitgründer von Aquagga. Auch diese Technologie sei zunächst für die Vernichtung von alten Chemiewaffenbeständen entwickelt worden. „Die Probleme sind einfach ähnlich gelagert“, sagt Pinkard. „Man hat diesen Giftmüll. Niemand will ihn transportieren. Niemand will ihn verbrennen. Jeder möchte ein System haben, das er an Ort und Stelle bringen kann, den Abfall in ein Fass oder eine Tonne stecken, ihn vor Ort verarbeiten und in ungiftige Nebenprodukte umwandeln.“

Ob die neuen Technologien diese Wünsche künftig erfüllen und ob sie am Ende kostengünstiger sein werden als Transport und Verbrennung, steht allerdings noch in den Sternen. Noch sei unter anderem unklar, welche der rund 5000 verschiedenen PFAS-Verbindungen mit welchem Verfahren zuverlässig zerstört werden könnten, sagt Michael Reinhard von Arcadis in Darmstadt. Er beschäftigt sich seit rund 15 Jahren mit dem Thema PFAS, „insbesondere in den Bereichen Bodenschutz, Grundwasserschutz und Abfallmanagement“. Würden die PFAS nicht komplett ab-, sondern zu anderen PFAS umgebaut, könnten mitunter noch schädlichere als die Ausgangssubstanzen entstehen. Auch andere unerwünschte Nebenprodukte seien nicht ausgeschlossen, so der Sanierungsexperte. „Die Gefahr besteht vor allem bei den Oxidationsverfahren und lässt sich nur durch optimierte Verfahrensbedingungen minimieren, was sehr komplex ist.“

Bei anderen Methoden ist der vollständige Abbau einfacher zu erreichen, etwa wenn mit einem Plasma oder einem Elektronenstrahl gearbeitet wird. So ist es einer Arcadis-Studie zu Sanierungsstrategien zu entnehmen, die im Auftrag des Umweltbundesamts erstellt wurde.

Die Plasmatechnologie ist das Steckenpferd von Onvector in den USA. In einem Video zeigt das Unternehmen, wie sie funktioniert: Ein hellblau flackernder Lichtbogen erzeugt in einem Spezialgas hoch energetische Ionen, die das chemische Rückgrat der Chemikalien zersetzen können. Dazu wird eine konzentrierte PFAS-Lösung durch die Apparatur geleitet. Das System wird derzeit auf dem Militärgelände Joint Base Cape Cod in Massachusetts eingesetzt. Dort wurden durch Löschmittel einst große Mengen PFAS in der Umwelt verteilt, die heute das Grundwasser belasten. Cho geht davon aus, dass das Onvector-Plasmaverfahren in diesem Jahr voll einsatzfähig sein wird.

Auch die sogenannte Sonolyse kann PFAS komplett in harmlose Grundbausteine zerlegen. Dabei produzieren Ultraschallwellen dampfgefüllte Blasen in der belasteten Flüssigkeit, die wachsen und schließlich kollabieren. Lokal entstehen so Temperaturen zwischen 800 und 5000 Grad Celsius: das Todesurteil für PFAS-Moleküle. Erste Feldtests mit einem mobilen Sonolyse-Reaktor in Kalifornien, von denen 2022 im Fachblatt Journal of Environmental Engineering berichtet wurde, verliefen mit Abbauraten von bis zu 99 Prozent erfolgreich.

Das größte Problem aber löst keines dieser Verfahren. Denn bevor die Verbindungen vernichtet werden können, müssen sie in der Regel erst einmal aus Gewässern und Böden herausgeholt werden. Punktuell, in besonders belasteten Gebieten, wird dies auch schon getan. Als Standardtechnologien dienen dabei vor allem Aktivkohlefilter, Ionenaustauscher, Osmosefilter und die PFAS-Anreicherung in mit Ozon erzeugten Schäumen. „Die Technologien sind vorhanden, doch wo ganze Landstriche betroffen sind, ist das kaum mehr möglich“, betont Reinhard. „Erst in den letzten zehn Jahren ist die Erkenntnis gewachsen, dass es sich bei den Belastungen nicht um lokal vereinzelte Fälle, sondern um ein überregionales Problem handelt.“

Die offiziell bekundeten Schadensfälle (siehe Karte) sind nur die Spitze des Eisbergs. Die Substanzen verteilen sich über Regen, Wind und Gewässer und reichern sich überall in der Umwelt an. „Daher müsste man sich dringend nicht nur um Sanierungen, sondern auch um die Transition kümmern, bevor die Stoffe in die Umwelt gelangen“, ist Reinhard überzeugt. „Zum Beispiel um den Austausch von Feuerlöschern und Sprinkleranlagen, die PFAS enthalten. Und da geht es nicht nur um Restbestände.“ Für den Einsatz von PFAS in Industrieprozessen, etwa in der Galvanik oder der Halbleiterproduktion, und für PFAS-haltige Produkte gelte es ebenfalls, Alternativen zu finden. Die EU hat mit diesem Ziel – als globale Vorreiterin – vor einem Jahr einen Vorschlag für das Verbot der ganzen PFAS-Familie vorgelegt.

Auch der gesellschaftliche Druck steigt. „Immer mehr Unternehmen prüfen ihre Lieferketten, um herauszufinden, wo PFAS zum Einsatz kommen und wie sie diese ersetzen können“, berichtet Shari Franjevic, Programm-Managerin bei GreenScreen For Safer Chemicals, das Zertifizierungen für PFAS-freie Produkte anbietet. Auf der Website von GreenScreen sind rund 150 alternative Produkte aufgelistet, die die Organisation als sicher eingestuft hat, darunter Chemikalien für die Textilherstellung, für die Reinigung, die Lebensmittelindustrie und die Brandbekämpfung. In vielen Alltagsprodukten sind PFAS schlicht überflüssig, etwa in Fahrradkettenfett, Lebensmittelpapieren, Zahnseide oder Pfannen. Start-ups entwickeln zudem PFAS-freie Membranen für Brennstoff- und Elektrolysezellen. Schwieriger ist es offenbar, die industriellen Prozesse umzustellen und Lösungen für den medizinischen Bereich zu finden. Manche Branchenverbände behaupten, es sei unmöglich.

Von den PFAS-Produzenten hat bisher nur der Hersteller 3M die Reißleine gezogen. Er will bis 2025 ganz aus dem Geschäft mit den Fluorchemikalien aussteigen. Die Ankündigung schlägt auch in Deutschland Wellen, denn das Unternehmen ist ein wichtiger Arbeitgeber im bayerischen Industriepark Gendorf. Die Landesregierung kämpft aktuell noch für den Erhalt des Standorts – trotz der bekannten Risiken. Das Grundwasser der Region ist auf Jahrzehnte vergiftet und noch immer emittiert der Industriepark problematische PFAS in die Umwelt.

Dass manche Politiker und Behörden das Ausmaß des Problems unterschätzen, zeigt sich laut Reinhard auch an anderer Stelle. Zum Beispiel sei durch die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung gesetzlich vorgeschrieben, dass Boden-Kataster für Verdachtsfälle erstellt werden müssen. Schließlich sickern die PFAS aus den Böden irgendwann ins Grundwasser, aus dem man sie praktisch nicht mehr herausbekommt. „Es ist eine behördliche Aufgabe der Kommunen beziehungsweise Bodenbehörden, Kataster zu erstellen, regelmäßig zu aktualisieren und jedem Verdacht durch punktuelle Untersuchungen nachzugehen“, berichtet Reinhard. Doch die Umsetzung werde lokal sehr unterschiedlich gehandhabt, wohl auch, weil sie mit Investitionen verbunden sei. „Das Thema, möglichst viele belastete Flächen zu finden, ist einfach nicht besonders sexy. Man kann damit auch keine Wahl gewinnen. Aber Aussitzen ist auch keine Lösung.“

Wer die Sanierungen, die Zerstörung der aus Böden oder Gewässern entfernten PFAS und das Monitoring am Ende bezahlt, ist oft unklar. Zwar beteiligen sich Hersteller mancherorts auch ohne Gerichtsurteil an den Kosten, etwa wenn ein nachlässiger Umgang mit den PFAS zu einer besonders hohen Verschmutzung geführt hat. Zudem kann die PFAS-Forensik über chemische Fingerabdrücke von PFAS-Mischungen aus Umweltproben helfen, Verursacher von Schadensfällen zu finden. Doch belangt werden können diese häufig nicht, denn die meisten Fluorchemikalien werden noch immer ganz legal freigesetzt. Bis das EU-Verbot greift, werden Jahre ins Land gehen und eine umfassende globale Beschränkung ist nicht in Sicht. Oft ist das Altlastenmanagement daher eine Angelegenheit für die Kommunen und wird von den Steuerzahlenden finanziert.

Dass die Leitwerte für die Trinkwasserversorgung weltweit in den letzten Jahren mehrfach und um mehrere Größenordnungen gesenkt wurden, zeigt ebenfalls, wie sehr die Risiken unterschätzt worden sind. Die Zahl der Orte, an denen die PFAS-Konzentrationen in Böden und Gewässern gesenkt werden müssen, wird auch deshalb noch wachsen. Die Arbeit wird der Branche der PFAS-Sammler und -zerstörer wohl so schnell nicht ausgehen.

Die Umweltverschmutzung mit den Fluorchemikalien ist ein Problem in einer bisher nie dagewesenen Größenordnung. „PFAS werden seit etwa 70 Jahren weitgehend unreguliert freigesetzt und es gibt Tausende unterschiedliche Varianten“, sagt Philip Simon, Gründer und Präsident von Ann Arbor Technical Services, einem Umweltberatungsunternehmen in Michigan. „Wenn Sie glauben, dass DDT und andere chlorierte Pestizide und später die PCBs (krebserregende polychlorierte Biphenyle) eine Vorahnung liefern, womit wir es hier zu tun haben, vergessen Sie es. Es ist viel komplizierter.“