Angesichts der zunehmenden Regulierung von "Ewigkeitschemikalien" durch die US-Umweltschutzbehörde (EPA) suchen Militär- und kommerzielle Luftfahrtbeamte nach Möglichkeiten, die durch jahrzehntelangen Einsatz von Feuerlöschschäumen an Militärbasen und kommerziellen Flughäfen verursachte Verschmutzung zu beseitigen.

Feuerlöschschäume enthalten Hunderte von schädlichen Ewigkeitschemikalien, bekannt als PFAS oder per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Diese Verbindungen haben extrem starke Bindungen zwischen Fluor und Kohlenstoff, die es ihnen ermöglichen, unbegrenzt in der Umwelt zu bestehen. PFAS-Verbindungen finden sich auch in vielen anderen Produkten und kontaminieren jetzt unterirdische Wasserquellen, die von vielen kommunalen Wasserversorgungen im ganzen Land genutzt werden.

Angesichts der Verbindung mit höheren Risiken bestimmter Krebsarten und anderer Krankheiten hat die EPA letzten Monat eine neue Verordnung erlassen, die von Wasserversorgungsunternehmen verlangt, die Verschmutzung zu reduzieren, wenn die Werte bestimmter PFAS-Verbindungen 4 Teile pro Billion überschreiten.

Glücklicherweise bietet eine gemeinsame Entdeckung von Wissenschaftlern der University of California, Riverside, und der Clarkson University in Potsdam, N.Y., eine neue Strategie zur Reinigung dieser Schadstoffe.

Die Methode wird diesen Monat in der Zeitschrift Nature Water detailliert beschrieben. Sie umfasst die Behandlung von stark kontaminiertem Wasser mit ultraviolettem (UV) Licht, Sulfit und einem Prozess namens elektrochemische Oxidation, erklärte UCR-Dozent Jinyong Liu.

"Diese Arbeit setzt unsere Forschung zur UV-basierten Behandlung fort, aber diesmal haben wir mit einem Experten für elektrochemische Oxidation an der Clarkson University zusammengearbeitet", sagte Liu, der fast 20 Arbeiten zur Behandlung von PFAS-Verschmutzungen in verschmutztem Wasser veröffentlicht hat. "Wir haben diese beiden Methoden kombiniert und eine fast vollständige Zerstörung von PFAS in verschiedenen mit Schäumen kontaminierten Wasserproben erreicht."

Liu stellte fest, dass die Zusammenarbeit mit dem Team unter der Leitung von Assistenzprofessor Yang Yang an der Clarkson große technische Probleme gelöst hat. Insbesondere enthalten Schäume verschiedene andere konzentrierte organische Verbindungen, die es schwierig machen, die starken Bindungen zwischen Fluor und Kohlenstoff in PFAS-Verbindungen zu brechen.

Allerdings entdeckten Liu und Yang, dass die elektrochemische Oxidation auch diese organischen Verbindungen abbaut. Ihr Prozess ermöglicht es, dass diese Reaktionen bei Raumtemperatur ohne zusätzlichen Wärme- oder Hochdruckbedarf ablaufen.

"In der realen Welt kann kontaminiertes Wasser sehr komplex sein", sagte Liu. "Es enthält viele Dinge, die die Reaktion potenziell verlangsamen könnten."

PFAS-Verbindungen werden in Tausenden von Produkten verwendet, von Chipstüten bis hin zu antihaftbeschichtetem Kochgeschirr, aber Feuerlöschschäume sind die Hauptquelle der PFAS-Grundwasserkontamination, da sie seit Jahrzehnten zur Bekämpfung von Flugzeugtreibstoffbränden an Hunderten von Militärstandorten und kommerziellen Flughäfen verwendet werden. Diese Schäume wurden auch routinemäßig bei kleineren Treibstoffverschüttungen als vorbeugende Maßnahme zur Verhinderung von Bränden eingesetzt.

In den 1960er Jahren von der US-Marine erfunden, bilden die Schäume einen Wasserfilm um brennendes Benzin und andere brennbare Flüssigkeiten, der das Feuer schnell von Sauerstoff trennt und es löscht.

Aufgrund der weitverbreiteten Verwendung hat das US-Verteidigungsministerium die Bewertung von 715 Militärstandorten im ganzen Land wegen PFAS-Freisetzungen angeordnet und bis Ende letzten Jahres festgestellt, dass 574 dieser Standorte weitere Untersuchungen oder Reinigungen nach Bundesrecht erfordern.

Die PFAS-Reinigungen wurden dringlicher, als die EPA letzten Monat eine neue Verordnung einführte, die von Wasserversorgungsunternehmen verlangt, die Verschmutzung zu reduzieren, wenn die Werte bestimmter PFAS-Verbindungen 4 Teile pro Billion überschreiten.

Liu sagte, dass die Methode, die er mit Yang entwickelt hat, gut geeignet ist, um stark kontaminiertes Wasser zu reinigen, das zum Spülen von Tanks, Schläuchen und anderer Feuerlöschausrüstung verwendet wird. Die Methode kann auch verwendet werden, um verbleibende Schaumbottiche zu behandeln, die PFAS enthalten.

Ihre Methode kann auch Wasserversorgungsunternehmen helfen, Grundwasserkontaminationen zu bewältigen. Kontaminiertes Grundwasser wird oft mit Ionenaustauschtechnologien behandelt, bei denen sich PFAS-Moleküle an Harzkügelchen in großen Behandlungstanks binden. Die von Liu und Yang entwickelte Methode mit UV-Licht und elektrochemischer Oxidation kann auch helfen, die Kügelchen zu regenerieren, sodass sie wiederverwendet werden können, sagte Liu.

"Wir wollen ein nachhaltiges Harzmanagement", sagte Liu. "Wir wollen es wiederverwenden."

Der Titel der Studie lautet "Nahezu vollständige Zerstörung von PFAS in wasserlöslichem Film-Formungsschaum durch integrierte fotoelektrochemische Prozesse." Neben Liu und Yang sind die Autoren der Studie Yunqiao Guan, Zekun Liu, Nanyang Yang, Shasha Yang und Luz Estefanny Quispe-Cardenas, die derzeitige oder ehemalige Studenten an der UCR und Clarkson sind.

Diese Forschung wurde durch Mittel des Strategischen Umweltforschungs- und Entwicklungsprogramms des US-Verteidigungsministeriums finanziert.

Quelle: University of California