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Eine Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zeigt: Bei den Temperaturen und Verweilzeiten, die europäische Müllverbrennungsanlagen üblicherweise nutzen, verursachen Fluorpolymerabfälle kaum Emissionen per- und polyfluorierter Alkylsubstanzen (PFAS).Einige per- und polyfluorierter Alkylsubstanzen (PFAS) gelten als gesundheitsschädlich, können etwa Organschäden und Krebserkrankungen verursachen und begünstigen ein vermindertes Geburtengewicht Neugeborener. Deswegen schlägt die Europäische Chemikalienagentur (Echa) vor, die Herstellung, den Verkauf und die Verwendung von PFAS zu beschränken.1)Die Ewigkeitschemikalien lassen sich vereinfacht in nicht polymere und polymere PFAS einteilen. Den Unterschied zwischen per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen zeigen Methan, das polyfluorierte Difluormethan und das perfluorierte <link href="#nadc20254147330-fig-0001">Tetrafluormethan (Abbildung oben). Bei den perfluorierten Alkylverbindungen sind alle Kohlenstoffbindungsstellen durch Fluoratome besetzt, während es bei den polyfluorierten Alkylsubstanzen nur einige sind.<figure xml:id="nadc20254147330-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmbamp61y5lxn07uu26rmbkw7"><figcaption><label>Abb.1: </label>Methan (links); beim polyfluorierten Difluormethan (Mitte) sind zwei Wasserstoffatome durch Fluor ersetzt und beim perfluorierten Tetrafluormethan (rechts) alle vier. Abbildungen: KIT</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Abfall verbrennen</h2>Die wasser-, schmutz- und fettabweisenden PFAS eignen sich etwa für Outdoorjacken, als Pfannenbeschichtung (Teflon), für Kosmetika oder Lebensmittelkontaktmaterialien (To-go-Verpackungen). Polymere PFAS finden sich hauptsächlich in systemrelevanten Branchen wie Medizin, Verkehr, Elektronik- und Energiebranche. Diese Fluorpolymere gelten während ihrer Nutzungsphase als sicher. Bedenken bestehen allerdings hinsichtlich des Endes ihres Lebenszyklus: Bei unvollständiger Verbrennung in Feuerungsprozessen könnten sie zu mobilen, kürzerkettigen PFAS abgebaut werden.2) In der Europäischen Union (EU) fielen im Jahr 2020 insgesamt 23,5 Kilotonnen Fluorpolymerabfall an, fast 84 Prozent davon wurden verbrannt oder thermisch zerstört.3)Forschende des Instituts für Technische Chemie (ITC) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Hans-Joachim Gehrmann haben untersucht, ob Abfallverbrennungsanlagen unter Bedingungen der geltenden EU-Verordnungen Fluorpolymere vollständig zerstören können. Die Versuche führten sie in einer <link href="#nadc20254147330-fig-0002">Verbrennungsanlage im Pilotmaßstab durch (Abbildung rechts): in einer Brennkammer mit Dampfkessel (Brenda). Dem durch Erdgas- und Ölfeuerung beheizten Drehrohrofen lässt sich fester Brennstoff zuführen. In der Nachbrennkammer verbrennen nicht vollständig oxidierte Stoffe unter Zufuhr von Erdgas und Luft, bevor im Dampfkessel die Wärme als Wasserdampf abgenommen wird. Nach der Rauchgasreinigung (RGR) entweicht das Abgas durch den Kamin.<figure xml:id="nadc20254147330-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmbampu945p6307t6rt2ux2o8"><figcaption><label>Abb.2: </label>Pilotanlage Brenda (Brennkammer mit Dampfkessel) am KIT (Foto); Gasproben entnehmen die Forschenden während der PFAS-Verbrennung am oberen Ende der Nachbrennkammer (1, Schema), nach dem Dampfkessel vor der Rauchgasreinigung (2) und am Kamin (3).</figcaption></figure></figure>Einem konstanten Massenstrom von 100 kg Holzhackschnitzeln pro Stunde wurden 320 g Fluorpolymere pro Stunde zudosiert. Das sind etwa 0,3 Gewichtsprozent – um ein Worst-Case-Szenario zu kreieren etwa 30-mal mehr als üblicherweise in Abfallströmen in Deutschland und Europa. In diesen beträgt der Fluorpolymeranteil zwischen weniger als 0,01 und 0,035 Gewichtsprozent.3,4) Eingesetzt wurden Polytetrafluorethylen (PTFE, auch Teflon), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA) und Fluorkautschuk (FKM) des Industrieverbands langlebige Kunststoffprodukte und Mehrwegsysteme (pro-K). Diese Fluorpolymere machen mehr als 80 Prozent der zum Verkauf produzierten in Europa aus.5) Die Forschenden nutzten die Einstellungen, die für Verbrennungsanlagen in der EU üblich sind: eine Temperatur von 860 °C für das Verbrennen herkömmlicher Abfälle und von 1095 °C für gefährliche Abfälle, beispielsweise Pestizide, Lösungsmittel, Lacke, Säuren, Batterien, infektiöse Krankenhausabfälle, Tierkadaver oder Medikamente. Die Verweilzeit liegt jeweils bei zwei Sekunden.5)Ziel war es, die Fluorpolymere vollständig zu mineralisieren, indem diese zu Fluorwasserstoff und Kohlenstoffdioxid gespalten werden.<h2 type="main">Fluoranteile bestimmen</h2>Um zu untersuchen, wie einzelne PFAS-Spezies entlang des Reaktionswegs verbrennen, nahmen die Forschenden Gasproben an drei Messstellen (Abbildung unten, Schema): am oberen Ende der Nachbrennkammer (1), nach dem Dampfkessel vor der Rauchgasreinigung (2) und am Kamin (3). Zusätzlich analysierten sie die festen und flüssigen Rückstände am Ende eines jeden Versuchs als Sammelprobe, etwa die Schlacke, die Kessel- sowie Filterasche und das Abwasser. Umweltrelevanz haben die PFAS-Konzentrationsmessungen in den Rückständen, Flüssigkeiten und Gasen, die die Anlage verlassen.Die Probenahme erfolgte nach einer Methode, die die US-amerikanische Umweltschutzbehörde zur Messung von PFAS entwickelt hat (OTM-45-Methode). Die kurzkettigen Verbindungen (C1 bis C3) untersuchten die Forschenden mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und die langkettigen (&gt; C3) mit Ultra-Performance-Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (UPLC-MS/MS). Insgesamt waren es 40 PFAS-Verbindungen.Mit der fluorbezogenen Abbaurate (Reduction Rate for Products of Incomplete Combustion, R2PIC) ließ sich quantitativ vergleichen, wie unterschiedliche PFAS abgebaut wurden. Die R2PIC gibt an, wie effektiv die Verbrennung ist, und lässt sich mit den Summen der Fluoranteile ein- und ausströmender PFAS berechnen:R2PIC = 1 – (ΣFPFAS,aus / ΣFPFAS,ein). Die Summe des ausströmenden Fluors ΣFPFAS,aus ergibt sich aus den PFAS-Konzentrationen des Abgases, der festen Rückstände und des Abwassers. Die Summe des einströmenden Fluors ΣFPFAS,ein resultiert aus der Masse der zugeführten Fluorpolymere unter der Annahme, dass diese keine zusätzlichen nicht polymeren PFAS enthalten. Zusätzlich dazu gibt die Wiederfindungsrate an, wie viel Fluor in Form von HF verglichen mit der Fluormenge aus den Polymeren detektiert wird.Um die Konzentrationsbestimmung der gasförmigen PFAS statistisch abzusichern, führte das Team um Gehrmann jeweils drei Messungen nacheinander durch. Ausreißer schlossen sie anhand des Medians der gemessenen PFAS-Konzentrationen aus, mit dem sie die R2PIC bestimmten.Ein Beispiel: Die Perfluorbutansäure(PFBA)-Konzentration im Abgas lag bei einer Messung 0,99 ng · m–3 oberhalb der Bestimmungsgrenze (Limit of Quantitation, LOQ). Diese ist abhängig von Substanz und Probenmenge und betrug hier 0,14 ng · m–3. Die beiden anderen Messwerte lagen unterhalb des LOQ. Solche Werte liegen in der Realität zwischen Null und dem LOQ – wo genau, ist unbekannt. Für solche Fälle gibt es in der Literatur zwei Auswertemethoden: Entweder es wird angenommen, der Wert sei 0 (Lower-Bound-Methode) oder er sei 0,5 LOQ. Nach der Lower-Bound-Methode beträgt der Median für dieses Beispiel 0 ng · m–3. Wird für die Messwerte unterhalb des LOQ 0,5 LOQ angenommen, ergibt sich für die PFBA-Konzentration ein Median von 4,39 ng · m–3.<h2 type="main">Nahezu restlos entsorgt</h2>Die Wiederfindungsrate von Fluor betrug 80 % bei der Temperatur von 860 °C und 70 % bei 1095 °C. Bei Messungen ohne Fluorpolymerdosierung betrug der Massenstrom von Fluor weniger als 0,01 kg · h–1 – es gab also keine Verschleppung von HF zwischen den Versuchsdurchläufen.Die R2PIC nach beiden Auswerteverfahren – mit einer Konzentration von Null oder der Hälfte des LOQ, wenn die PFAS-Konzentration unter dem LOQ liegt – unterscheidet sich erst ab der zweiten Nachkommastelle. Sie beträgt &gt; 99,99 %, wenn eine Konzentration von Null angenommen wird, und &gt; 99,93 %, wenn die Konzentration mit 0,5 LOQ angenommen wird. Das ist auf die geringen <link href="#nadc20254147330-fig-0003">PFAS-Konzentrationen nur knapp oberhalb des LOQ zurückzuführen (Abbildung links). Im austretenden Rauchgas am Kamin ließ sich im Versuch mit Fluorpolymerzugabe bei 1095 °C nur Perfluoroctansäure (PFOA) mit einer Konzentration von 0,20 ng · m–3 detektieren. Allerdings war auch ohne Fluorpolymerzugabe 0,26 ng · m–3 PFOA am Kamin vorhanden. Bei 860 °C war im Gegensatz dazu im Abgas am Kamin kein PFOA. Beim PFOA aus der Messung bei 1095 °C handelt es sich vermutlich um eine externe Kontamination, denn höhere Temperaturen sollten mehr PFAS zerstören. Bei 860 °C betrug in den festen Rückständen die Perfluorbutansulfonsäure(PFBS)-Konzentration 0,53 µg · kg–1 und der Perfluoroctansulfonsäure(PFOS)-Anteil im Abwasser der Rauchgaswäsche 0,03 µg · L–1. Im Jahr 2019 wurden dem statistischen Bundesamt (Destatis) zufolge deutschlandweit rund 25 Millionen Tonnen Müll in thermischen Abfallbehandlungsanlagen verbrannt.6) Bezogen auf diese Menge würden in Deutschland entsprechend der Versuchsergebnisse jährlich 20 Gramm PFOA-Äquivalente emittiert werden.<figure xml:id="nadc20254147330-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmbampwt15tsd07tep7ympjbz"><figcaption><label>Abb.3: </label>Fluormassenströme der untersuchten PFAS nach dem Verbrennen bei 860 und 1095 °C; wenn die Konzentration unter der Bestimmungsgrenze (LOQ, rot) lag, nahmen die Forschenden eine Konzentration von 0,5 LOQ (a, hellblaue Balken) oder von Null (b) an. Nur für PFOS, PFBS und PFOA lagen die gemessenen Konzentrationen (grün) im Abwasser, in den Reststoffen nach Verbrennen bei 860 °C beziehungsweise im Kamin nach Verbrennen bei 1095 °C über der Bestimmungrenze (dunkelblaue Balken). Kurzkettige PFAS wurden nur am Kamin untersucht, die Konzentration aller lag unter der Bestimmungsgrenze (a und b jeweils rechts).</figcaption></figure></figure>Die Ergebnisse zeigen zudem: Brenda zerstört die Fluorpolymere nahezu vollständig. Eine Temperaturerhöhung von 860 °C auf 1095 °C beim Verbrennen mit konstanter Verweilzeit kann die R2PIC und damit den Abbau der Fluorpolymere nicht signifikant steigern.Um zu überprüfen, ob Abfallverbrennungsanlagen künftig auch Senken für nicht polymere PFAS unterschiedlicher Gruppen darstellen können, folgen im Jahr 2025 noch Messungen an einer Abfallverbrennungsanlage im industriellen Umfeld.<h2 type="main">Die Autor:innen</h2>Den Beitrag haben Hans-Joachim Gehrmann und Anna Maria Holfelder verfasst. Gehrmann ist promovierter Verfahrensingenieur und leitet am Institut für Technische Chemie (ITC) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die Arbeitsgruppe Verbrennungs- und Partikeltechnologie. Holfelder hat Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik studiert und forscht derzeit in Gehrmanns Gruppe.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmbampz4r5pjf07t6xgbjcbtm"><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmbamq1ut5plx07t60n0yasrf"><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20254147330-bibl-0001"><li xml:id="nadc20254147330-bib-0001">1 European Chemicals Agency ECHA, Assessment of Regulatory Needs List – Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS), 2020</li><li xml:id="nadc20254147330-bib-0002">2 S. H. Korzeniowski, R. C. Buck, R. M. Newkold et al., Integr. Environ. Assess. Manag. 2023, 19, 326</li><li xml:id="nadc20254147330-bib-0003">3 Conversio, Fluoropolymer waste in Europe 2020–6 End-of-life (EOL) analysis of fluoropolymer applications, products and associated waste streams, 2023: <a href="https://t1p.de/ua4ul" target="_blank">t1p.de/ua4ul</a>, abgerufen am 28.3.2025</li><li xml:id="nadc20254147330-bib-0004">4 European Commission, Best Available Techniques (BAT) for Waste Incineration, 2006: <a href="https://t1p.de/8yhq4" target="_blank">t1p.de/8yhq4</a>, abgerufen am 28.3.2025</li><li xml:id="nadc20254147330-bib-0005">5 H.-J. Gehrmann, P. Taylor, K. Aleksandrov, P. Bergdolt, A. Bologa et al., Chemosphere 2024, 365, 143403</li><li xml:id="nadc20254147330-bib-0006">6 Zu den Destatis-Zahlen zu Abfallentsorgungsanlagen: <a href="https://t1p.de/d0i6l" target="_blank">t1p.de/d0i6l</a>, abgerufen am 28.3.2025</li></ul>

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Genetische Vielfalt von Reis | Die Genome von 145 Reissorten sequenziert und assembliert hat ein Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shanghai. Das lieferte eine Karte mit knapp 70 000 Genen, die ermöglicht, die genetische Vielfalt zu analysieren und Gene zu klassifizieren. 20 Prozent der Gene kommen nur in wilden Sorten vor und beeinflussen, wie resistent der Reis gegen Krankheiten und Umweltveränderungen ist – hilfreich beim Züchten neuer Varianten.Nature, doi: 10.1038/s41586-025-08883-6Nanocellulose ohne Defekte | Forschende der Universitäten Tokio und Kyoto haben fehlerfrei verdrillte <link href="#nadc20254151728-fig-0001">Cellulose-Nanofasern (CNF) hergestellt. Dazu haben sie die Oberfläche von Nadelholzzellstoff und Holocellulose regioselektiv unter schonenden Bedingungen oxidiert: mit 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO) und 4-Acetamido-TEMPO bei pH-Werten von zehn beziehungsweise fünf. Als Verstärker könnten die Fasern Verbundwerkstoffe elastischer und haltbarer machen als defektreichere CNFs.<figure xml:id="nadc20254151728-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmbannjy57mf407uughcq5fd9"><figcaption><label>Abb.1: </label>Nanocellulose-Morphologie. Über Rasterkraftmikroskopie erkannten die Forschenden, bei welchen Reaktionsbedingungen Dispersionen fehlerfreier Fasern entstehen, deren Struktur den natürlichen Cellulose-Kristalleinheiten ähnelt. Nano Lett., doi: 10.1021/acs.nanolett.4c06483</figcaption></figure></figure>Kohle aus Reis | Eine Pyrolyse-Demonstrationsanlage des japanischen Unternehmens Yanmar Energy Systems produziert pro Tag aus 2,4 Tonnen Reishülsenabfällen 720 Kilogramm Pflanzenkohle. Das Unternehmen strebt Herstellkosten von 185 Euro pro Tonne an – 40 Prozent weniger als bei ähnlichen Verfahren. Verglichen mit solchen entsteht in der neuen Anlage zudem wenig kanzerogene Kieselsäure, und die Anlage nutzt keine fossilen Brennstoffe. Die Pflanzenkohle dient als Träger für Düngemittel; in über 50 Regionen Japans sollen Feldversuche zeigen, ob sie Bodenqualität und Pflanzenwachstum verbessert.Rolf Schmid, <a href="https://window-to-china.de" target="_blank">window-to-china.de</a>,<a href="https://window-to-japan.eu" target="_blank">window-to-japan.eu</a>

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