Egal ob in wasserabweisenden Gore-Tex Bekleidungen, antihaftbeschichteten Teflon-Pfannen oder Fast-Food-Verpackungen, per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind mittlerweile allgegenwĂ€rtig in unserer Gesellschaft. Obwohl die Gefahren, insbesondere im Zusammenhang mit Krebs und kardiovaskulĂ€ren Erkrankungen, schon seit den 1950er Jahren bekannt sind, gelangten PFAS ĂŒber Jahrzehnte hinweg in grenzwertĂŒberschreitenden Mengen in die Umwelt und das Trinkwasser, wodurch diese inzwischen bei ĂŒber 90% der deutschen Bevölkerung in erhöhter Konzentration im Blut vorhanden sind. Ein wichtiger Punkt hierbei ist ihre StabilitĂ€t, die die Akkumulation in der Umwelt weiterhin vorantreibt. Da der Einsatz von PFAS in vielen Bereichen alternativlos ist, ist ein schadstofffreier Abbau ohne ZurĂŒcklassen von toxischem Material unbedingt nötig.
GĂ€ngige Abbaumethoden lassen jedoch kurzkettige, weiterhin toxische und persistente Fragmente in der Umwelt zurĂŒck und sind abhĂ€ngig von auĂerordentlich energie- und kostenintensiven Entsorgungsmethoden wie in SondermĂŒll-Verbrennungsanlagen. Angesichts dieser Aspekte bleiben kontaminierte Standorte in Deutschland bisher weitgehend unbehandelt, was bewirkt, dass sich die Problematik der PFAS-Akkumulation immer weiter aggraviert und die Umwelt Schaden nimmt.
Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, ein skalierbares, reduktives Gesamtsystem in Form eines Durchflussreaktors zum Abbau von PFAS zu etablieren, das in der Lage ist, die Stoffe vollstĂ€ndig zu ungiftigen Abfallprodukten zu mineralisieren. Die Hauptaspekte hierbei sind (1) zunĂ€chst die Bereitstellung einer möglichst hohen OberflĂ€che fĂŒr die Adsorption der PFAS, (2) die Mineralisierung der Fragmente und deren vollstĂ€ndigen Abbau in ungiftige Produkte und (3) das Design eines vollstĂ€ndigen Durchflusssystems, in welchem (1) und (2) kombiniert werden.
Kernpunkt des Vorhabens ist der Einsatz nanostrukturierter Materialien, welche als Plattform fĂŒr die Adsorption und den reduktiven Abbau der PFAS dienen. Konkret sollen elektrogesponnene Fasermatten eingesetzt werden, die sich durch ihre hohe Materialeffizienz und groĂe AdsorptionsoberflĂ€che auszeichnen. Polymere wie Polyvinylpyrrolidon (PVP) sind gĂ€ngige Ausgangsmaterialien fĂŒr die Komposit-Nanofasern, welche im Anschluss karbonisiert werden können, um sie leitfĂ€hig und damit als Elektrode einsetzbar zu machen.
Die fĂŒr den reduktiven PFAS-Abbau nötigen LadungstrĂ€ger sollen durch ein lichtabsorbierendes Halbleitermaterial, wie z.B. ungiftiges und bereits gut erforschtes TiO2, bereitgestellt werden, das direkt in die Fasern integriert werden kann. Weiterhin sollen Additive wie Silizium ebenfalls direkt in die Fasermatten integriert werden, um die Triebkraft der Zersetzung zu erhöhen.
Darauf aufbauend wird final ein im LabormaĂstab anpassbares und systematisch analysierbares Grundsystem produziert, welches durch seine flexible Herstellung und Kombination aller Einzelkomponenten unmittelbar skalierbar und somit industriekompatibel ist. Das vorgestellte Projekt verspricht somit, einen bedeutenden Beitrag zur Eliminierung der weltweit zunehmenden PFAS-Belastung zu leisten.