PFAS: Herausforderungen für die Industrie

Die Stoffgruppe der per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) umfasst mehr als 10.000 chemische Verbindungen, die in verschiedenen Prozessen der Industrie sowie in Verbrauchsgütern vorkommen. Es handelt es sich um Kohlenstoffketten verschiedener Längen, bei denen die Wasserstoffatome entweder vollständig (perfluoriert) oder teilweise (polyfluoriert) durch Fluoratome ersetzt sind. Diese Bindungen verleihen den PFAS ihre einzigartigen Eigenschaften. Sie sind chemisch sehr stabil, beständig gegenüber Hitze, Chemikalien und biologischen Abbau. Diese Eigenschaften machen sie attraktiv für vielfältige Anwendungen.

In Alltagsprodukten wie Freizeitbekleidung und Kosmetika oder als Beschichtungen für Kochgeschirr, Bratpfannen, Verpackungen, Farben und Lacke sind PFAS weit verbreitet. Zudem spielen sie in modernen High-Tech-Anwendungen eine wichtige Rolle, beispielsweise für die Energietechnologie, die Medizintechnik, die Photonik und die Halbleitertechnologie.

PFAS bieten viele technische Vorteile. Zugleich sind sie jedoch schädlich für die Natur, die Umwelt und die Gesundheit. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften sind PFAS sehr langlebig. Gelangen sie in die Umwelt, verbleiben sie dort, ohne abgebaut zu werden. Daher werden sie auch als »Ewigkeitschemikalien« bezeichnet. Einige Verbindungen reichern sich fortwährend in der Umwelt an und gelangen über die Lebensmittelkette bis zum Menschen. Die Europäische Chemikalienagentur ECHA hat daher vorgeschlagen, die Herstellung, Verwendung und Lieferung von PFAS in der Europäischen Union zu beschränken. Das Verfahren dafür startete im Februar 2023. Viele Industriezweige suchen nun nach alternativen Materialien, die ohne PFAS auskommen.

Wir beraten und unterstützen kleine, mittelständische und große Unternehmen dabei, ihr Geschäft zukunftsfähig zu gestalten: mit umweltfreundlichen Materialien, ohne PFAS. Zudem entwickeln wir Technologien, um die Umwelt von PFAS zu reinigen.

Wir bieten:

Fluorfreie Materialien

• Membranen und polymere Festelektrolyte für den Energiesektor
• Membranen für die Lösemittelfiltration
• Implantatmaterialien für die Medizintechnik
• Schmiermittel
• Skalierung von PFAS-Alternativen
• Beratung zu Entwicklungsvorhaben
  
  

Technologien für die PFAS-Abtrennung

Sind PFAS in die Umwelt gelangt, ist es wichtig, verunreinigtes Wasser und kontaminierte Böden zu reinigen. Dafür entwickeln und verbessern wir Materialien oder Verfahren. Beispielsweise für die kostengünstige Abtrennung von Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) aus Abwässern oder aus dem Grundwasser. Zudem arbeiten wir an biobasierten Adsorptionsmaterialien auf Polysaccharidbasis. Schadstoffe wie PFAS binden an diese Materialien und lassen sich so aus der Umwelt entfernen.

Bislang sind PFAS unverzichtbar für den Erfolg der Energiewende. Sowohl Elektrolyseure für die Erzeugung von Wasserstoff als auch Brennstoffzellen oder Batterien enthalten Membranen aus fluorierten Materialien. Eine neue Klasse vielversprechender Polymere bietet nun eine Alternative. Zusammen mit dem Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT hat ein Forschungsteam des Fraunhofer IAP eine fluorfreie Membran für die Wasserelektrolyse auf der Basis des Anionenaustauschs entwickelt. Diese Membran ermöglicht es, Kosten für Elektrolyseure zu reduzieren und Wasserstoff umweltfreundlich als klimaneutrale Energiequelle zu erschließen.

mehr über PFAS-freie Elektrolyseure im Fraunhofer-Magazin 4/2023

»Unsere Membranen ermöglichen es, Wasserelektrolyseure mit Anionenaustauschermembranen zu fertigen, die prinzipiell ohne Edelmetalle auskommen und keine Per- und Polyfluoralkylsubstanzen enthalten. Damit ebnen wir den Weg für innovative Systemarchitekturen, die preiswert und umweltschonend zugleich sind.«

Dr. Taybet Bilkay-Troni, Leiterin Abteilung »Polymere und Elektronik« am Fraunhofer IAP

Technisch hochbelasteten Kunststoffbauteilen sind häufig PFAS zugesetzt, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) – auch bekannt als Teflon. Die neu entwickelte Technologie der schmierstoffgefüllten Mikrokapseln ermöglicht es, auf gesundheits- und umweltschädliche PFAS zu verzichten. Diese mit nicht-fluorierten Schmierstoffen gefüllten Mikrokapseln können während der Extrusion in unterschiedliche Polymere integriert werden. Durch Reibung und Verschleiß an der Bauteiloberfläche brechen die Mikrokapseln auf und setzen den Schmierstoff frei. So entsteht ein selbstschmierendes System. Die Mikrokapseln entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IAP in Zusammenarbeit mit dem SKZ – Das Kunststoff-Zentrum. Im Jahr 2023 nominierte die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke« e.V. das Projektteam für den Otto von Guericke-Preis.

Dr. Alexandra Latnikova, stellvertretende Abteilungsleiterin »Mikroverkapselung und Polysaccharidchemie«, berichtet über ihre Rolle im Forschungsprojekt in einem zweiminütigen Film.