Für gesundes Trinkwasser

Von Katharina Moser, Windhoek

Trinkwasser ist eine wertvolle Ressource. Und um es sicher und gesund zu genießen, greifen wir Verbraucher zu vielfältigen Methoden: Manche trauen sich an das Wasser, das uns direkt aus dem Hahn begrüßt, andere greifen zu Filtern, und wieder andere bevorzugen das sorgfältig abgepackte Wasser in Supermärkten. Sorgen um die Qualität des Trinkwassers weltweit bestehen nicht ohne Grund: Zuletzt gab vermehrt die globale Herausforderung von perfluorierten alkylierten Substanzen (PFAS) oder sogenannten ,,forever chemicals" aufgrund ihrer Anreicherung im Trinkwasser und ihrer Verbindung zu schwerwiegenden Gesundheitsrisiken, einschließlich Krebs und Entwicklungsstörungen, Anlass zu Besorgnis.

Dem haben Wissenschaftler mit einer neuen Forschungsarbeit nun etwas entgegengesetzt: Forscher der NYU Abu Dhabi (NYUAD) haben ein innovatives kationisches kovalentes organisches Gerüst (COF) entwickelt, das Perfluoroctansäure (PFOA), einen schädlichen und langlebigen Schadstoff, effizient nachweist und aus dem Trinkwasser entfernt. Das berichtete unter anderem das Wissenschaftsportal Chemie.de und bezeichnete die Forschung als „Durchbruch“.

Perfluoroctansäure wird als „forever chemical“ bezeichnet, weil sie erst nach sehr langer Zeit abgebaut wird. PFOA, seine Salze und PFOA-verwandte Verbindungen wurden, bzw. werden in großem Umfang bei der Herstellung von Fluorelastomeren und Fluorpolymeren, für die Herstellung von Antihaft-Küchengeschirr, fotografischen Beschichtungen, Lebensmittelverarbeitungsgeräten und Medizinprodukten verwendet, erklärt das deutsche Umweltbundesamt. PFOA-verwandte Verbindungen würden als Tenside und Oberflächenbehandlungsmittel in Textilien, Papier und Farben sowie in Feuerlöschschäumen verwendet. PFOA wurde demnach in Industrieabfällen, Teppichen, Teppichreinigungsflüssigkeiten, Hausstaub, Mikrowellen-Popcorntüten, Wasser, Lebensmitteln und Teflon nachgewiesen. Unbeabsichtigte Bildung von PFOA entsteht durch unzureichende Verbrennung aus der kommunalen Müllverbrennung mit ungeeigneten Verbrennungsanlagen oder offenen Verbrennungsanlagen bei moderaten Temperaturen. „PFC und damit auch PFOA sind extrem persistent und haben ein hohes Potenzial zur Bioakkumulation und Biomagnifikation“, so das Umweltbundesamt.

Wie andere PFAS ist PFOA chemisch resistent gegen Wasser, Fett, Flecken, Öl und Hitze, was es in seiner Blütezeit zu einer häufig verwendeten Chemikalie in Haushaltsgegenständen wie Kochgeschirr, Regenjacken und Reinigungsprodukten machte. Die Eigenschaften, die PFOA und andere PFAS so haltbar machen, führen jedoch auch dazu, dass sie im Körper nur sehr schwer abgebaut werden können. Aufgrund der starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und Fluoratomen der Verbindungen könne es über sieben Jahre dauern, bis PFAS im Blutkreislauf eines Menschen um die Hälfte abgebaut sind, so ein Artikel des Chicago Council on Global Affairs. Bei Blei, das in den USA seit den 1970er Jahren reguliert sei, dauere es nur 32 Tage. Obwohl viele PFAS-Chemikalien weltweit nicht reguliert sind, ergriffen immer mehr Länder Regulierungsmaßnahmen, da sie im Boden, im Wasser und sogar in den Blutbahnen von Menschen gefunden worden seien. „Im Jahr 2007 wurden in einer US-Studie an Bürgern PFAS in mehr als 98 % der Blutproben gefunden“, so der Artikel auf Bluemarble.

Die Europäische Union begann 2008 mit der Regulierung von PFOA und verbot die Verbindung im Jahr 2020 vollständig. Die USA begannen 2003 mit der schrittweisen Abschaffung der Verbindung und verboten sie schließlich im Jahr 2014. Im Jahr 2020 wurde PFOA im Rahmen des Stockholmer Übereinkommens, eines globalen Gesundheitsabkommens zwischen 186 Ländern, weltweit verboten. „Obwohl PFOA nicht mehr in kommerziellen Produkten verwendet wird, ist die Chemikalie immer noch in der Umwelt zu finden, und die Hersteller haben sich weniger regulierten PFAS zugewandt, um die gleiche Wirkung zu erzielen“, so Autor Hope O’Dell.

Während sich die Chemikalien weiter verbreiten, haben immer mehr Studien einen Zusammenhang zwischen der Bloßstellung gegenüber PFAS und gesundheitlichen Problemen wie Krebs, Leberschäden, Schilddrüsenerkrankungen, Asthma und verminderter Fruchtbarkeit aufgezeigt. „Aus diesem Grund (und trotz jahrzehntelanger Lobbyarbeit der chemischen Industrie) arbeiten immer mehr Länder an der Regulierung dieser Chemikalien“, so O‘Dell.

Hier kommen die neuen Forschungsergebnisse ins Spiel. Das synthetische COF-Material, das von der Trabolsi-Forschungsgruppe der NYUAD entwickelt wurde, sei in der Lage, PFAS schnell und effizient in umweltrelevanten Konzentrationen zu erkennen und aus dem Wasser zu entfernen. Das sei eine „vielversprechende Lösung jenseits der herkömmlichen Behandlungsmethoden“, die PFAS nur schwer entfernen könnten, so Chemie.de. Dieses Material könnte demnach in Haushaltswasserfilter eingebaut werden und die Leistung herkömmlicher Materialien erhöhen, was praktische und skalierbare Anwendungen weltweit ermögliche. Die Ergebnisse sind in Nature Communications in einer Studie mit dem Titel ,,Cationic Covalent Organic Framework for the Fluorescent Sensing and Cooperative Adsorption of Perfluorooctanoic Acid" veröffentlicht.

Die Forscher verwendeten bei ihrer Recherche eine sonochemische Methode. So entwickelten sie ein Materialgerüst (ein COF), das das sowohl hydrophobe als auch elektrostatische Wechselwirkungen optimiere und eine Fülle von Adsorptionsstellen aufweise, um die Wechselwirkungen mit PFAS-Molekülen zu maximieren. „Dies ermöglichte es den COFs, PFOA innerhalb von Sekunden zu erkennen und zu entfernen, selbst bei umweltrelevanten Konzentrationen“, so Chemie.de. Daraufhin untersuchten die Forscher demnach die Mechanismen, die sowohl der Erkennung als auch der schnellen Entfernung zugrunde liegen, mit Hilfe von Computersimulationen, die Einblicke in die Wechselwirkungen auf atomarer Ebene lieferten und als Leitfaden für die weitere Forschung auf diesem Gebiet dienen, so Chemie.de.

„Dieser Durchbruch, der eine schnellere und effizientere Lösung als die bestehenden Technologien bietet, hat das Potenzial, die Wasserreinigung zu verändern und die Wasserqualität auf der ganzen Welt erheblich zu verbessern", sagte Ali Trabolsi, NYUAD-Professor für Chemie und Co-PI am NYUAD Water Research Center, der diese Arbeit mit seinem Team leitete, zu dem auch die promovierte wissenschaftliche Mitarbeiterin Asmaa Jrad und der wissenschaftliche Mitarbeiter Gobinda Das gehören. „Angesichts der weiten Verbreitung von Chemikalien in unserer Umwelt und unseren Blutbahnen, die eine erhebliche Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen, kommt diese neue Technologie zur rechten Zeit und ist unerlässlich."