PFAS, die in vielen Produkten aufgrund ihrer antihaftenden und wasserabweisenden Eigenschaften verwendet werden, sind für ihre extreme Widerstandsfähigkeit bekannt. Ihre chemische Struktur, basierend auf Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, macht sie durch traditionelle Methoden quasi unzerstörbar. Diese Verbindungen reichern sich in Wasser, Böden und lebenden Organismen an und stellen ernsthafte Risiken für Gesundheit und Umwelt dar.
Ein Team der Colorado State University hat eine photokatalytische Technik entwickelt, die Licht nutzt, um diese hartnäckigen Bindungen zu brechen. Ihr System basiert auf einem organischen Photokatalysator, der durch LEDs aktiviert wird und Elektronen auf PFAS-Moleküle überträgt, wodurch deren Abbau ausgelöst wird. Dieser Ansatz funktioniert bei niedrigen Temperaturen und ohne Metalle, was ihn sicherer und potenziell kostengünstiger macht.
PFAS, die in Kochgeschirr, Textilien und Feuerlöschschäumen vorkommen, werden aufgrund ihrer Persistenz in der Umwelt als "ewige Schadstoffe" bezeichnet. Ihr natürlicher Abbau kann bis zu 1.000 Jahre dauern, und die derzeitigen Behandlungsmethoden konzentrieren sie lediglich, ohne sie vollständig zu eliminieren.
Eine neue photokatalytische Technik zielt darauf ab, PFAS in ungiftige Produkte wie Kohlenwasserstoffe und Fluoridionen umzuwandeln, die sich dann natürlich zersetzen können. Dieser Prozess, der in der Zeitschrift Nature beschrieben wird, stellt einen vielversprechenden Fortschritt bei der Dekontamination von Wasser und Böden dar.
Allerdings ist noch nicht alles perfekt. Das derzeitige System funktioniert nur in kleinem Maßstab und kann die komplexesten PFAS-Moleküle wie Teflon nicht abbauen. Darüber hinaus verschlechtern sich die verwendeten Photokatalysatoren mit der Zeit, was Verbesserungen für eine langfristige Nutzung erforderlich macht.
Die Forscher planen bereits, diese Technologie zur Behandlung von kontaminiertem Wasser in Kläranlagen anzupassen. Sie hoffen auch, sie zur Sanierung von verschmutzten Böden einzusetzen, um diese wieder für die Landwirtschaft und den Erhalt von Ökosystemen nutzbar zu machen.
Diese Methode ergänzt andere in der Entwicklung befindliche Ansätze wie die elektrochemische Oxidation und die Zerstörung durch Plasma. Kombiniert könnten diese Technologien eine umfassende Lösung bieten, um PFAS effektiv und nachhaltig zu eliminieren.
Was ist Photokatalyse?
Photokatalyse ist ein chemischer Prozess, der Licht nutzt, um eine Reaktion zu aktivieren. Sie basiert auf einem Katalysator, oft ein Halbleitermaterial, das Lichtenergie absorbiert und Elektronen überträgt. Diese Elektronen initiieren dann chemische Reaktionen, wie den Abbau von Schadstoffen oder die Produktion nützlicher Moleküle.
Im Gegensatz zu traditionellen Methoden funktioniert die Photokatalyse bei niedrigen Temperaturen und ohne aggressive Chemikalien. Sie gilt daher als saubere und nachhaltige Technologie. Ihre bekannteste Anwendung ist der Abbau toxischer Substanzen in Wasser oder Luft, wie PFAS oder flüchtige organische Verbindungen.
Die am häufigsten verwendeten Photokatalysatoren sind Titandioxid (TiO₂) und bestimmte organische Verbindungen. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Fähigkeit, Licht zu absorbieren und ihre Effizienz über lange Zeiträume aufrechtzuerhalten, ausgewählt. Ihre Leistung hängt jedoch von der Wellenlänge des verwendeten Lichts ab, oft im ultravioletten oder sichtbaren Spektrum.
Die Vorteile der Photokatalyse umfassen ihren geringen Energieverbrauch und ihre Umweltfreundlichkeit. Sie wird bereits in Anwendungen wie der Selbstreinigung von Oberflächen, der Luftreinigung und der Abwasserbehandlung eingesetzt. Mit fortlaufender Forschung könnte sie eine Schlüsselrolle im Kampf gegen die Umweltverschmutzung und im Übergang zu grüneren Technologien spielen.