Die Konzentration von Trifluoressigsäure (TFA), einer sogenannten Ewigkeitschemikalie, hat sich in Schweizer Niederschlägen und Oberflächengewässern in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht. Eine aktuelle Studie der Empa, des Bundesamts für Umwelt (BAFU) und der Universität Bern zeigt, dass dieser Anstieg hauptsächlich durch den vermehrten Einsatz neuer Kältemittel und Treibmittel verursacht wird und sich in Zukunft weiter verschärfen könnte.
Wichtigste Erkenntnisse
- TFA-Konzentrationen in Schweizer Gewässern sind in den letzten Jahrzehnten stark gestiegen.
- Der Anstieg wird hauptsächlich durch den Abbau von Hydrofluorolefinen (HFO) verursacht.
- HFO ersetzen klimaschädliche Stoffe, bilden aber persistente TFA als Nebenprodukt.
- TFA ist äusserst stabil und verbleibt praktisch unbegrenzt im Wasser.
- Forschende fordern Vorsorgemassnahmen zur Begrenzung des Einsatzes von Vorläuferstoffen.
Die unsichtbare Gefahr: Ewigkeitschemikalien im Wasser
PFAS, die per- und polyfluorierten Alkylverbindungen, sind auch als «Ewigkeitschemikalien» bekannt. Diese organischen Moleküle mit Fluorverbindungen sind extrem stabil und bauen sich in der Umwelt nur sehr langsam ab. Sie können über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte bestehen bleiben und sich in Organismen anreichern. Dies kann potenziell gesundheitsschädliche Auswirkungen auf Menschen und Tiere haben.
Die Stoffklasse der PFAS umfasst Tausende von chemischen Verbindungen. Viele davon sind noch nicht ausreichend erforscht. Die Wissenschaftler konzentrieren sich nun verstärkt auf Trifluoressigsäure (TFA), das kleinste Molekül dieser Familie. TFA entsteht als Abbauprodukt verschiedener Substanzen, darunter viele Treib- und Kältemittel.
Faktencheck PFAS
- Name: Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen
- Eigenschaften: Extrem stabil, schwer abbaubar
- Verbleib: Jahrzehnte bis Jahrhunderte in der Umwelt
- Risiken: Anreicherung in Lebewesen, mögliche Gesundheitsschäden
- Vorkommen: Tausende von verschiedenen Verbindungen
Ursprung und Verbreitung von TFA
Die aktuelle Studie, veröffentlicht in «Atmospheric Chemistry and Physics», untersuchte die Entstehung und den Transport von TFA in der Atmosphäre. Empa-Forschende modellierten zusammen mit dem BAFU und der Universität Bern die Wege der Chemikalie. Sie kombinierten dreijährige Messungen mit archivierten Wasserproben bis ins Jahr 1984.
Stefan Reimann, Empa-Forscher im Labor «Luftfremdstoffe / Umwelttechnik», erklärt:
«TFA, die in der Atmosphäre gebildet wird, gelangt schnell in den Niederschlag und von dort in Oberflächengewässer und dann ins Grundwasser.»Bislang gab es nur wenige detaillierte Untersuchungen darüber, wie und wo sich TFA in der Atmosphäre bildet und in welchen Mengen sie in die Gewässer gelangt.
Modellierung der Entstehungspfade
Stephan Henne, Erstautor der Studie und ebenfalls Empa-Forscher, erläutert den komplexen Modellierungsansatz:
«Wir modellieren die bekannten Vorläuferstoffe von TFA, ihre Abbaupfade und Zwischenprodukte sowie die Deposition der so gebildeten TFA, sowohl über den Niederschlag als auch direkt an Oberflächen.»Dieses Modell ermöglicht genaue Vorhersagen über lange Zeiträume mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. So können die Forschenden für jeden Ort in Europa berechnen, wie viel TFA dort in einem bestimmten Monat in die Umwelt gelangt.
HFO als Haupttreiber des Anstiegs
Die Studienergebnisse sind eindeutig: Die Konzentrationen von TFA im Niederschlag und in den Oberflächengewässern haben sich in den letzten Jahrzehnten vervielfacht. Dies führen die Forschenden hauptsächlich auf den vermehrten Einsatz von sogenannten Hydrofluorolefinen (HFO) zurück. Diese fluorierten Gase dienen als Kühl- und Treibmittel und ersetzen klimaschädliche Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFKW).
Im Gegensatz zu den langlebigen HFKW zersetzen sich HFO zwar schnell in der Atmosphäre. Doch dieser Abbau führt unter anderem zur Bildung von TFA. Die Nutzung von HFO in Kühl- und Klimaanlagen nimmt stetig zu. Daher gehen die Wissenschaftler davon aus, dass auch die TFA-Einträge in Zukunft weiter ansteigen werden.
Hintergrund: HFKW und HFO
Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFKW) sind potente Treibhausgase und tragen erheblich zur globalen Erwärmung bei. Sie wurden eingesetzt, um ozonschichtschädigende Substanzen zu ersetzen. Hydrofluorolefine (HFO) sind eine neuere Generation von Kältemitteln mit geringerem Treibhauspotenzial. Ihre schnelle Zersetzung in der Atmosphäre war als Vorteil gedacht, führt aber zur Bildung von TFA.
Weitere Quellen und das Problem der Persistenz
Neben dem Abbau von HFO gibt es eine weitere bedeutende Quelle für TFA: der Abbau von Pflanzenschutzmitteln. In diesem Fall nimmt die Substanz keinen Umweg über die Atmosphäre. Sie gelangt über die Böden mehr oder weniger direkt in die Gewässer. Stephan Henne betont die Persistenz der Chemikalie:
«Ist TFA einmal im Wasser, verbleibt es praktisch ausnahmslos im Wasser.»Der finale Anreicherungsort für diese persistente fluorierte Säure ist daher der Ozean.
Die Studie liefert nicht nur Antworten, sondern wirft auch neue Fragen auf. Stephan Henne bemerkt:
«Unser Modell erklärt rund zwei Drittel des gesamten gemessenen atmosphärischen Eintrags von TFA. Das heisst, es gibt wahrscheinlich weitere Vorläufersubstanzen und Entstehungspfade, die wir noch nicht kennen.»Dies wird auch dadurch gestützt, dass TFA selbst in historischen Niederschlagsproben gefunden wurde, wenn auch in viel geringeren Konzentrationen als heute. Die bekannten Vorläuferstoffe sind jedoch erst seit den 1990er-Jahren im Einsatz.
Handlungsbedarf und zukünftige Forschung
Die genaue Schädlichkeit von TFA für Lebewesen, einschliesslich des Menschen, ist noch nicht vollständig erforscht. Einige neue Studien deuten jedoch auf eine mögliche Langzeit-Toxizität hin. Stefan Reimann mahnt zur Vorsicht:
«TFA ist sehr persistent, akkumuliert sich immer mehr in unserem Wasser und lässt sich kaum wieder entfernen.»
Angesichts dieser Erkenntnisse plädiert Reimann für ein Handeln nach dem Vorsorgeprinzip. Der Einsatz der Vorläuferstoffe sollte so weit wie möglich eingeschränkt werden. Die Forschenden wollen in Zukunft die noch unbekannten Vorläufer genauer untersuchen und in ihr atmosphärisches Modell integrieren, um ein vollständigeres Bild der TFA-Quellen zu erhalten.
Was ist zu tun?
- Vorsorgeprinzip anwenden: Einsatz von TFA-Vorläufern minimieren.
- Forschung intensivieren: Unbekannte Quellen und Abbaupfade identifizieren.
- Bewusstsein schaffen: Über Risiken von Ewigkeitschemikalien informieren.
Die Empa, die Eawag und das Oekotoxzentrum informieren in ihrer neuen «Pocket Facts»-Broschüre umfassend über die Ewigkeitschemikalien und geben Hinweise, wie deren Eintrag in die Umwelt vermieden werden kann. Diese Informationen sind entscheidend, um die Verbreitung dieser langlebigen Substanzen einzudämmen und unsere Gewässer zu schützen.
