PFAS-Sanierung in Deutschland: Aktuelle Forschungsprojekte und Reinigungsverfahren für kontaminierte Böden und Gewässer

Einleitung

Die Stoffgruppe der per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), oft als „Ewigkeits-Chemikalien“ bezeichnet, stellt eine der größten Herausforderungen für Umwelt, Gesundheit und nachhaltige Kreislaufwirtschaft dar. Aufgrund ihrer Persistenz, Bioakkumulation und Toxizität erfordern PFAS-Kontaminationen in Boden und Grundwasser dringend effiziente Sanierungslösungen. Die vorliegenden Informationen beleuchten den aktuellen Stand der Forschung und Technologie im Bereich der PFAS-Sanierung in Deutschland, mit einem besonderen Fokus auf das Forschungsvorhaben „PFClean“ in der Region Stuttgart sowie verschiedene etablierte und innovative Reinigungsverfahren.

Die Herausforderung PFAS: Umfang und Eigenschaften

Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen umfassen eine extrem große Gruppe chemischer Verbindungen. Laut der OECD-Liste handelt es sich um mehrere tausend Einzelsubstanzen, während PubChem und NCBI sogar von mehreren Millionen sprechen. Diese Vielzahl erschwert die Sanierung, da die Stoffeigenschaften variieren. Charakteristisch für PFAS ist ihre hohe Persistenz (Beständigkeit), die Neigung zur Bioakkumulation in Organismen und ihre Toxizität. Aufgrund ihrer weitverbreiteten Anwendung in Industrie und Konsumgütern sind sie mittlerweile ubiquitär in der Umwelt verbreitet. Dies führt zu ernsthaften Bedrohungen für die Ressource Wasser, insbesondere für die Trinkwasserversorgung und Gewässerbewirtschaftung.

Besonders problematisch sind großflächige Belastungen, wie sie beispielsweise durch die landwirtschaftliche Nutzung von mit PFAS-haltigen Papierschlämmen vermischem Kompost entstanden sind. Ein solcher Fall liegt im Landkreis Rastatt vor, genauer in Hügelsheim, wo kontaminierte Ackerflächen Sanierungsmaßnahmen erfordern.

Forschungsvorhaben PFClean: Innovation für die Sanierung

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert im Rahmen der Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit“ (FONA) und des Förderprogramms „Nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung“ (LURCH) das Verbundprojekt „PFClean – Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser“. Das Projekt startete am 1. März 2023 und hat eine Laufzeit bis zum 28. Februar 2026. Unter Federführung der Universität Stuttgart, speziell der Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS), arbeiten mehrere Partner zusammen, darunter die Geiger Gruppe, die Eberhard-Karls-Universität Tübingen, das DVGW-Technologiezentrum Wasser, Arcadis Germany GmbH, Sax + Klee GmbH Bauunternehmung sowie das Landratsamt Rastatt.

Ziel von PFClean ist die Weiterentwicklung und Erprobung verschiedener Ansätze zur Sanierung und Ausschleusung von PFAS aus Boden und Grundwasser im Pilot- und Feldmaßstab. Dabei werden folgende Verfahren untersucht: * Funnel und Gate * Immobilisierung * Forcierte Mobilisierung * Thermische Sanierung

Ein Schwerpunkt des Teilprojekts der Universität Stuttgart liegt auf der Entwicklung von in-situ Sanierungstechnologien für flächig eingetragene PFAS (z.B. aus Papierschlämmen) und für PFAS-Punktquellen (z.B. Löschschäume). Zudem wird die Entwicklung von Monitoringkonzepten für PFAS-Sanierungen vorangetrieben.

Feldversuche in Hügelsheim: Aktivkohle als Bindemittel

Im Januar 2023 begannen die Forschenden um Dr. Claus Haslauer, wissenschaftlicher Leiter von VEGAS, mit Feldversuchen in Hügelsheim. Die wissenschaftliche Bewertung der Situation ist eindeutig: „Eine Verunreinigung durch PFAS bedroht ernsthaft die Ressource Wasser. Bisher ist es nicht möglich, belastete Böden vor Ort wirkungsvoll zu sanieren“, so Haslauer. Das Ziel des Feldversuchs ist es, den Transport der schädlichen Substanzen ins Grundwasser aufzuhalten.

Im belasteten Acker wird homogen Aktivkohle in den Boden eingebracht. Die PFAS-Substanzen sollen sich an die Aktivkohle heften und so aus dem Wasserkreislauf entfernt werden. In einem errichteten „Gate“ (Sammel- oder Reaktionsraum) gibt es vier Reaktionsräume. In zwei davon wird die Aktivkohle mit Elektroden unter elektrische Spannung gesetzt, um die Aufnahme von PFAS zu erhöhen.

Im PFClean-Projekt wird bei den flächig eingetragenen PFAS die Effizienz einer Immobilisierung in Großversuchen (Lysimeter) und Feldanwendungen nachgewiesen. Dabei soll das Verfahren von Technology Readiness Level 5 (TRL5) auf TRL7 weiterentwickelt werden, was einer Validierung unter realen Umgebungsbedingungen entspricht.

Alternative Sanierungsverfahren für PFAS

Neben den Forschungsansätzen von PFClean existieren bereits weitere Verfahren zur Sanierung von PFAS-Kontaminationen. Das Umweltbundesamt bietet mit seiner Arbeitshilfe „Sanierungsmanagement für lokale und flächenhafte PFAS-Kontaminationen“ eine fundierte Entscheidungsgrundlage für Behörden. Da die Stoffeigenschaften der PFAS stark variieren, sind Sanierungsverfahren stets einzelstoffspezifisch zu bewerten. Die Arbeitshilfe beleuchtet Vor- und Nachteile, technische und genehmigungsrechtliche Voraussetzungen sowie die Nachhaltigkeit der Verfahren.

Auswaschung und Immobilisierung durch Biopolymere

Ein Anbieter, Sensatec, hat ein innovatives Verfahren zur PFAS-Sanierung entwickelt, das auf dem Prinzip der Auswaschung und Immobilisierung kontaminierter Böden basiert. Da PFAS nach aktuellem Wissensstand nicht biologisch oder chemisch abbaubar sind, zielt dieser Ansatz darauf ab, sie aus dem Wasserkreislauf zu entfernen.

Die technische Lösung nutzt Biopolymere. Diese bieten den PFAS attraktive Bindungsmöglichkeiten, wodurch die Schadstoffe von der Bodenmatrix desorbieren und in die wässrige Lösung übertreten. Anschließend können sie aus dem Boden ausgewaschen werden. Die von Sensatec entwickelte Flotationstechnik fängt die Spüllösung auf und befreit sie von PFAS, sodass das Spülwasser wiederverwendet werden kann. Diese Technologie kann on-site (in Form von durchspülten Mieten) oder in-situ (durch Besprühen des Bodens und Abpumpen des Spülwassers im oberflächennahen Grundwasser) realisiert werden. Die Wirksamkeit dieser Methode wurde laut Anbieterangaben bereits auf Standorten nachgewiesen.

Nassaufbereitung und Trennung von PFAS

Die CDE Group stellt eine bewährte Technologie zur Nassaufbereitung vor, mit der kontaminiertes Material in wertvolle Ressourcen umgewandelt und PFAS aus Bodenpartikeln entfernt werden können. Der mehrstufige Ansatz umfasst folgende Prozessschritte:

Behandlung des Materials: Der kontaminierte Boden wird für den Waschprozess vorbereitet.
Reinigung & Wäsche: Spezielle Anlagen (z.B. AggMax™- und EvoWash™-Systeme) waschen den Boden gründlich. Dieses Verfahren löst PFAS-Verbindungen aus der Bodenmatrix und überführt sie in die Wasserphase.
Wasserwirtschaft & Filtrierung: Integrierte Wassermanagementsysteme gewinnen das mit PFAS belastete Wasser zurück. Fortschrittliche Filtertechnologien konzentrieren und filtern PFAS-Partikel heraus, sodass sauberes Wasser resultiert.
Abtrennung und Management von Kontaminanten: Die konzentrierten PFAS werden sicher abgetrennt und können ordnungsgemäß entsorgt oder einer weiteren Behandlung zugeführt werden.

Fazit

Die Sanierung von PFAS-Kontaminationen in Boden und Grundwasser ist eine komplexe und dringliche Aufgabe. Das Forschungsvorhaben PFClean, initiiert vom BMBF und geleitet von der Universität Stuttgart, untersucht im Feldversuch in Hügelsheim (Landkreis Rastatt) die Wirksamkeit von Aktivkohle, teilweise in Kombination mit elektrischer Spannung, zur Immobilisierung der Schadstoffe. Ziel ist es, ein Verfahren von TRL5 auf TRL7 zu heben und damit praxisreif zu machen.

Parallel dazu bieten etablierte Verfahren Lösungen zur Auswaschung von PFAS mittels Biopolymeren (Sensatec) oder zur Nassaufbereitung und Trennung mittels moderner Aufbereitungsanlagen (CDE Group). Diese Technologien ermöglichen eine Entfernung der Schadstoffe aus der Bodenmatrix und eine sichere Abtrennung. Das Umweltbundesamt unterstützt zudem die behördliche Entscheidungsfindung durch umfassende Arbeitshilfen. Insgesamt zeigt sich, dass Deutschland mit Forschung und etablierter Technologie auf einem guten Weg ist, Lösungen für das Problem der „Ewigkeits-Chemikalien“ zu entwickeln, um die Ressource Wasser und die menschliche Gesundheit langfristig zu schützen.