Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (kurz PFAS) bilden eine Gruppe von über 10.000 synthetischen Chemikalien. Diese Verbindungen zeichnen sich durch eine extrem stabile Kohlenstoff-Fluor-Bindung aus.
PFAS kennzeichnen sich durch folgende Merkmale:
- Wasser-, fett- und schmutzabweisend
- Hitze- und chemikalienbeständig
- Extrem langlebig („Ewigkeitschemikalien”)
- Praktisch nicht biologisch abbaubar
- Bioakkumulativ in Organismen und Umwelt
Dadurch, dass sich die synthetischen Chemikalien in der Umwelt praktisch nicht abbauen, reichern sie sich kontinuierlich in Gewässern, Böden, Pflanzen und Lebewesen an. Wissenschaftliche Studien verbinden PFAS-Belastungen mit verschiedenen Gesundheits- und Umweltrisiken.
Umwelt- und Gesundheitsrisiken
PFAS stehen zunehmend im Fokus der Umwelt- und Gesundheitspolitik:
- Persistenz: Die Halbwertszeit vieler der synthetischen Chemikalien in der Umwelt beträgt Jahrzehnte bis Jahrhunderte.
- Mobilität: Sie gelangen über Produktionsabwässer, Deponiesickerwasser und Lufttransport in die Umwelt.
- Bioakkumulation: PFAS reichern sich in der Nahrungskette an und finden sich heute in Blutproben von Menschen weltweit.
- Gesundheitsauswirkungen: Wissenschaftliche Studien verbinden die Exposition mit den Stoffen mit:
- Erhöhten Cholesterinwerten
- Beeinträchtigter Immunfunktion
- Schilddrüsenerkrankungen
- Verminderte Fruchtbarkeit
- Niedrigeres Geburtsgewicht
- Erhöhtes Risiko bestimmter Krebsarten
Aufgrund der zahlreichen Risiken arbeitet die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) an einer umfassenden Beschränkung (REACH-Verordnung). Bisher haben sich die rechtlichen Rahmenbedingungen kontinuierlich verschärft. Diese regulatorischen Entwicklungen stellen die Wasserstoffindustrie vor erhebliche Herausforderungen. Denn PFAS kommen beispielsweise in PEM-Elektrolyseuren zum Einsatz.
Funktion in der Wasserstofftechnologie
- Membranmaterial: Die zentrale Komponente vieler PEM-Elektrolyseure basieren auf PFAS-haltigen Membranen transportieren Protonen zwischen den Elektroden.
- Bindemittel: Sie verbessern die Haftung zwischen Katalysatorpartikeln und Trägermaterialien in den Elektroden.
- Protonenleitfähigkeit: Sie optimieren die Wasseraufnahme und Protonentransporteigenschaften der katalytischen Schichten.
- Langzeitstabilität: Verbindungen mit Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen steigern die chemische Beständigkeit der Elektrolyseurkomponenten im sauren Milieu.
Die aktuellen Leistungsparameter vieler PEM-Elektrolyseure sind ohne den Einsatz von der Materialien schwer zu erreichen. Dies erklärt ihre verbreitete Verwendung trotz bekannter Umweltprobleme.
Alternativen für die Wasserstoffproduktion
Der Innovationsdruck führt zu intensiver Forschung nach PFAS-freien Lösungen:
- Alternative Membranmaterialien: Entwicklung von kohlenwasserstoffbasierten Protonenaustauschermembranen ohne fluorierte Polymere.
- Anorganische Bindemittel: Einsatz von Titanoxid, Siliziumdioxid oder anderen anorganischen Materialien als Bindemittel.
- Neue Beschichtungstechnologien: Verfahren wie die Plasmatechnologie, die ohne PFAS auskommen und gleichzeitig den Edelmetallbedarf reduzieren.
- Alkalische Elektrolyseure: Verstärkter Fokus auf alkalische Elektrolysetechnologie
Die Reduzierung und letztendlich der vollständige Verzicht auf PFAS gilt als entscheidender Faktor für die gesellschaftliche Akzeptanz und Nachhaltigkeit der Wasserstofftechnologie als Energieträger der Zukunft.
