Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS)

Organische Verbindungen, die vollständig (per-) oder teilweise (poly-) fluoriert sind

Verwendung

Schon seit siebzig Jahren produzieren Unternehmen per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) in großen Mengen, um ganz unterschiedliche Materialien hitze-, wasser- und fettabweisend zu machen. Meist steht die Oberflächenbehandlung im Vordergrund, beispielsweise von Textilien, Haushaltsgegenständen und Baustoffen, in der Papierveredelung und in chemischen Spezialitäten. PFAS finden sich aber auch in Reinigungsmitteln, Löschschäumen, Kabelummantelungen, hydraulischen Flüssigkeiten und werden auch in der Metallurgie, Elektronik und Medizintechnik verwendet. Dabei können sie sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verwendung und der Entsorgung in die Umwelt gelangen und den Menschen belasten.

Nach OECD Schätzungen gibt es über 4000 PFAS, die teilweise oder vollständig fluoriert sind. Grundsätzlich wird zwischen Polymeren und Nicht-Polymeren unterschieden. Alle PFAS sind menschengemacht, sie kommen nicht natürlich in der Umwelt vor. Zu den Polymeren gehören Perfluorpolyether, Polymere mit fluorierten Seitenketten sowie Fluorpolymere wie das Polytetrafluorethylen (PTFE), das in unterschiedlichen Produkten unter den Handelsnamen Teflon®, Scotchgard™ und Goretex® bekannt ist.
Nicht-Polymere können sowohl perfluorierte als auch polyfluorierte Alkylverbindungen sein. Aus den polyfluorierten Stoffen können perfluorierte Verbindungen entstehen, beispielsweise durch Stoffwechselprozesse im Menschen, Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen oder durch nicht-biologische Abbauprozesse in der Umwelt.

Daten der Umweltprobenbank

PFAS Untersuchungen sind einer der Schwerpunkte in der Umweltprobenbank. Es gibt viele Daten für perfluorierte sowie für einige polyfluorierte Alkylsubstanzen, die von jungen Erwachsenen sowie Pflanzen, Tieren und nicht-biologischen Proben der Binnengewässer, Küsten und terrestrischen Ökosysteme stammen. Für die meisten Probenarten gibt es auch Zeitreihen. Hierbei wurden sowohl regulierte als auch nicht regulierte PFAS untersucht.

Gefahren für Mensch und Umwelt

Perfluorierte Verbindungen sind in der Umwelt und im Menschen sehr langlebig. Je nach Stoffeigenschaft verteilen sie sich in den Umweltmedien, einige Verbindungen reichern sich auch in den Nahrungsnetzen an. Mit den Weltmeeren und über den Luftpfad können sie sich über die Erde verteilen und so auch die entlegenen Polarregionen erreichen. Einige der perfluorierten Verbindungen sind als toxisch bekannt.
Über die Wirkungen und das Verhalten von polyfluorierten Alkylverbindungen im Menschen und der Umwelt ist sehr viel weniger bekannt. Das ist angesichts der geschätzten Zahl von über 4000 PFAS eine große Herausforderung.

Die Leitkomponenten der PFAS, also die am häufigsten untersuchten und toxikologisch bewerteten Stoffe sind Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) und Perfluoroktansäure (PFOA). PFOS hat sich weltweit über die Gewässer und die Luft verbreitet und ist auch in allen Proben der Umweltprobenbank nachweisbar.

Rechtliche Regelungen

Bereits im Jahr 2001 hat der größte Produzent 3M die Produktion von PFOS in Europa eingestellt. Seit 2006 haben die EU Behörden die Verwendung von PFOS bis auf wenige Ausnahmen beschränkt. 2009 wurde PFOS in den Anhang B der Stockholm Konvention aufgenommen, der die Beschränkung der Produktion und Anwendung regelt. PFOS ist ein prioritär gefährlicher Stoff der Wasserrahmenrichtlinie. Die EU Länder überwachen die Umweltqualitätsnorm von 9,1 ng/g Frischgewicht Fisch zur Bewertung des guten chemischen Zustands der Gewässer.

Die Verwendung von PFOA sowie ihren Vorläuferverbindungen ist unter REACH beschränkt, die EU strebt eine Aufnahme in die Stockholm Konvention an. Eine Reihe weiterer PFAS stehen auf der REACH-Liste der besonders besorgniserregenden Stoffe (SVHCs). Im Juni 2019 wurde GenX (ein kurzkettiger PFAS-Ersatz für PFOA in der Fluorpolymerproduktion) als erste Chemikalie aufgrund seiner persistenten, mobilen und toxischen Eigenschaften, die eine Bedrohung für Trinkwasser und Umwelt darstellen, in die SVHC-Liste aufgenommen. Mehrere PFAS stehen im fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft (CORAP), um in den kommenden Jahren bewertet zu werden.

Es stellt ich immer mehr heraus, dass angesichts von mehr als 4000 registrierten PFAS die Durchführung von Risikobewertungen für jeden einzelnen Stoff aber auch für eine umfassende Umweltüberwachung zum Verständnis der Exposition äußerst langwierig und aufwändig ist. Daher sind Behörden und Forschung auf der Suche nach ergänzenden und vorsorgenden Ansätzen zur Regelung von PFAS.

Bewertungsmaßstäbe für die menschliche Gesundheit

In der Umweltmedizin werden Messdaten aus Human-Biomonitoring Studien mit abgestimmten Bewertungsergebnissen toxikologischer und/oder epidemiologischer Studien verglichen. In Deutschland sind das die Human-Biomonitoring-Werte (HBM-I- und -II-Werte). Der HBM-I-Wert von 2 µg/L für PFOA und 5 µg/L für PFOS gibt jeweils die Stoffkonzentration im Blutplasma an, bei deren Unterschreitung nicht mit einer gesundheitlichen Beeinträchtigung zu rechnen ist. Bei Überschreitung des HBM-II-Wertes a) für Frauen im gebärfähigen Alter von 5 µg PFOA/L bzw. 10 µg PFOS/L Blutplasma sowie b) für die übrigen Bevölkerungsgruppen von 10 µg PFOA/L bzw. 20 µg PFOS/L Blutplasma ist für die Betroffenen eine als relevant anzusehende gesundheitliche Beeinträchtigung möglich. Blutplasmakonzentrationen über dem HBM-I-Wert, aber unter dem HBM-II-Wert weisen auf eine Exposition hin, bei der nach heutigem Kenntnisstand Effekte nicht mehr mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden können. Sowohl die HBM-I-Werte als auch die HBM-II-Werte beruhen auf einer Beurteilung des populationsbezogenen Risikos im Hinblick insbesondere auf entwicklungstoxische Effekte und verringerte Geburtsgewichte, verminderte Fertilität, verringerte Antikörperbildung (Immunsystem), erhöhte (LDL- und Gesamt-) Cholesterin-Konzentrationen sowie Diabetes mellitus Typ II. Bei einer Bewertung des individuellen Risikos sind immer auch weitere Faktoren wie z.B. Alter, Lebensstil, genetische und familiäre Krankheitsanfälligkeiten etc. in die Bewertung einzubeziehen.

Laufende Untersuchungen

Routinemessungen

Das Routinespektrum besteht aus 31 PFAS, nämlich 17 perfluorierte und 14 polyfluorierte Verbindungen. Darüber hinaus wird der TOP Assay angewendet, eine neue Methode zur Erfassung der PFAS Gesamtbelastung, um Informationen über bekannte und auch unbekannte PFAS in den Umweltproben zu gewinnen.

Fluorbank

Das Umweltforschungszentrum (UfZ) Leipzig untersucht gemeinsam mit dem Technologiezentrum (TZW) Karlsruhe Umweltproben der Umweltprobenbank auf PFAS. Neben gezielten Nachweisverfahren für über 70 PFAS werden auch Non-Target Screening Verfahren eingesetzt, um nach bislang unbekannten Problem PFAS zu suchen. In dem Projekt Fluorbank werden auch summarische Methoden eingesetzt, um eine Gesamtbilanz für die Belastung der Umweltprobenbank Proben mit PFAS ziehen zu können.

LIFE APEX

In dem EU Projekt LIFE APEX (LIFE17 ENV/SK/000355) untersuchen Fachleute die Belastung von Spitzenprädatoren und Fischen in Europa, um das Chemikalienmanagement zu verbessern. Zum Einsatz kommen gezielte Messungen und Non-Target Screening Methoden. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf PFAS. Die Fachleute werden erstmals einen systematischen Überblick über die Belastung von Ottern, Greifvögeln und Meeressäugern sowie Fischen, die unter anderen auch von der Umweltprobenbank stammen, erarbeiten und Maßnahmen zu ihrem Schutz vorschlagen.

Untersuchte Substanzen

Perfluorbutansäure Fluorcarbon mit 4 C-Atomen
Perfluorpentansäure Fluorcarbon mit 5 C-Atomen
Perfluorhexansäure Fluorcarbon mit 6 C-Atomen
Perfluorheptansäure Fluorcarbon mit 7 C-Atomen
Perfluoroctansäure Fluorcarbon mit 8 C-Atomen
Perfluornonansäure Fluorcarbon mit 9 C-Atomen
Perfluordecansäure Fluorcarbon mit 10 C-Atomen
Perfluorundecansäure Fluorcarbon mit 11 C-Atomen
Perfluordodecansäure Fluorcarbon mit 12 C-Atomen
Perfluortridecansäure Fluorcarbon mit 13 C-Atomen
Perfluortetradecansäure Fluorcarbon mit 14 C-Atomen
Perfluorbutansulfonsäure Fluorcarbon mit 4 C-Atomen und einer Sulfonsäuregruppe; Ersatzstoff für PFOS in vielen Anwendungen
Perfluorhexansulfonsäure Fluorcarbon mit 6 C-Atomen und einer Sulfonsäuregruppe
Perfluorheptansulfonsäure Fluorcarbon mit 7 C-Atomen und einer Sulfonsäuregruppe
Perfluoroctansulfonsäure Fluorcarbon mit 8 C-Atomen und einer Sulfonsäuregruppe
Perfluordecansulfonsäure Fluorcarbon mit 10 C-Atomen und einer Sulfonsäuregruppe
Perfluorpropansäure (PFPrA)
Perfluorhexadecansäure (PFHxDA)
Perfluoroctadecansäure (PFODA)
Perfluoroctansulfonamide und Derivate
Fluortelomersulfonsäuren
Polyfluorierte/gemischt halogenierte Sulfon- und Phosphonsäuren
Polyfluorierte Verbindungen
diPAPs Polyfluorierte Alkylphosphatdiester
PAPs Polyfluorierte Alkylphosphatester
Cyclische PFAS

Probenarten

Dreikantmuschel Invasive, weit verbreitete Muschelart in Flüssen und Seen mit guten Indikatoreigenschaften für Gewässerbelastungen
Brassen Bioindikator in Fließgewässern und Seen
Schwebstoffe Feine mineralische oder organische Partikel in der Wasserphase, die nicht in Lösung gehen
Blasentang Braunalge, die in den Ufer- und Brandungszonen der Nord- und Ostsee weit verbreitet ist
Miesmuschel In Nord- und Ostsee weit verbreitete Muschelart, die zu den wichtigsten essbaren Muscheln zählt
Aalmutter Der einzige lebendgebärende Fisch in deutschen Küstengewässern
Silbermöwe Die Silbermöwe ernährt sich in Küstennähe hauptsächlich aus dem Meer: von Fischen, Muscheln und Krebstieren.
Fichte Bedeutender Primärproduzent in vielen naturnahen und anthropogen beeinflussten Ökosystemen.
Kiefer Bedeutender Primärproduzent in vielen naturnahen und anthropogen beeinflussten Ökosystemen.
Pyramidenpappel Ein typischer Laubbaum in ballungsraumnahen Ökosystemen und Indikator zur Charakterisierung der Immissionssituation einer Vegetationsperiode.
Buche Dominierender Laubbaum in Mitteleuropa mit Vorkommen auf fast allen Böden sowie bis in über 1100 m Höhe.
Reh, einjährig Die kleinste und häufigste Hirschart Europas.
Regenwurm (Aporrectodea longa) Wichtigste Tiergruppe aller Bodenorganismen.
Regenwurm (Lumbricus terrestris) Wichtigste Tiergruppe aller Bodenorganismen.
Boden Der Boden ist Lebensgrundlage und Lebensraum für Menschen, Tiere, Pflanzen und Bodenlebewesen. In ihm laufen Umbau- und Abbauprozesse von Stoffen ab und er kann diese filtern, anreichern, aber auch wieder frei setzen.
Studierende Je zur Hälfte weibliche und männliche Studierende im Alter von 20 bis 29 Jahren.

Probenahmegebiete

BR/NP Berchtesgaden Einziger Hochgebirgs-Nationalpark in Deutschland und international bedeutsamer Ausschnitt der nördlichen Kalkalpen
Saarländischer Verdichtungsraum Bedeutendes, altindustriealisiertes Ballungszentrum Deutschlands.
Bornhöveder Seengebiet Hauptwasserscheide zwischen Nord- und Ostsee
Rhein Längster Fluss Deutschlands
NP Bayerischer Wald Deutschlands erster Nationalpark.
NP Vorpommersche Boddenlandschaft Nationalpark im größten Brackwasserlebensraum der Erde
BR/NP Wattenmeere Nationalpark im größten zusammenhängenden Schlick- und Sandwatt der Welt.
Elbe Viertgrößtes Flussgebiet Mitteleuropas
Verdichtungsraum Leipzig Gebiet im Mitteldeutschen Chemiedreieck einschließlich der Dübener Heide
NP Harz Größter Waldnationalpark in Deutschland
Solling Zweithöchstes und zweitgrößtes Mittelgebirge in Norddeutschland
BR Pfälzerwald Größtes zusammenhängendes Waldgebiet Deutschlands
Oberbayerisches Tertiärhügelland Teil des süddeutschen Molassebeckens
Donau Zweitlängster Strom Europas
Standorte Humanproben 4 Universitätsstädte als Standorte für die Probenahme.

Untersuchungszeitraum

1982 - 2019

Weiterführende Informationen

Verweise auf externe Informationen und gesetzliche Regelungen

Literaturangaben