PFOA (Perfluoroctansäure) und PFOS (Perfluoroctansulfonsäure) sind zwei verschiedene per- und polyfluorierte Alkylverbindungen aus der PFAS-Gruppe, die sich in ihrer chemischen Endgruppe unterscheiden: PFOA trägt eine Carbonsäuregruppe, PFOS eine Sulfonsäuregruppe. Beide gehören zu den persistentesten organischen Schadstoffen, die der Mensch je hergestellt hat, und sind heute weltweit reguliert. Dieser Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen zu Struktur, Verwendung, Gesundheitsrisiken, Regulierung und Sanierung dieser beiden Fluortenside.
Wie unterscheiden sich die chemischen Strukturen von PFOA und PFOS?
PFOA und PFOS teilen dasselbe perfluorierte Achtkohlenstoff-Rückgrat, unterscheiden sich jedoch in ihrer funktionellen Endgruppe: PFOA besitzt eine Carbonsäuregruppe (–COOH), während PFOS eine Sulfonsäuregruppe (–SO₃H) trägt. Dieser strukturelle Unterschied beeinflusst ihre physikochemischen Eigenschaften, ihre Mobilität im Boden und ihre biologische Wirksamkeit.
Beiden Verbindungen gemeinsam ist die außergewöhnlich starke Kohlenstoff-Fluor-Bindung. Sie zählt zu den stabilsten Bindungen in der organischen Chemie, was erklärt, warum PFOA und PFOS in der Umwelt praktisch nicht abgebaut werden. Weder Licht, Hitze, Wasser noch mikrobielle Prozesse greifen diese Moleküle unter normalen Umweltbedingungen an.
PFOS ist aufgrund seiner Sulfonsäuregruppe etwas polarer und weist eine höhere Wasserlöslichkeit auf als PFOA. Gleichzeitig neigt PFOS stärker dazu, sich an Sedimenten und organischem Material anzulagern. PFOA hingegen ist im Grundwasser mobiler und kann größere Distanzen vom Schadstoffherd zurücklegen. Beide Verbindungen sind amphiphil, also gleichzeitig wasser- und fettlöslich, was sie als Tenside so wirksam macht und gleichzeitig ihre Anreicherung in biologischem Gewebe begünstigt.
Wo wurden PFOA und PFOS eingesetzt?
PFOA und PFOS wurden seit den 1950er Jahren in einer Vielzahl industrieller und konsumnaher Anwendungen eingesetzt. PFOS war der Wirkstoff in Aqueous Film-Forming Foam (AFFF), dem Löschschaum für Flüssigkeitsbrände, der auf Flughäfen und bei der Feuerwehr verwendet wurde. PFOA fand vor allem in der Herstellung von Polytetrafluorethylen (PTFE, bekannt als Teflon) Verwendung.
Industrielle Anwendungen
Beide Verbindungen galten jahrzehntelang als unverzichtbar in der Industrie. Zu den wichtigsten Einsatzgebieten zählten:
- Feuerlöschschäume (AFFF) auf Militärflughäfen, Zivilflughäfen und Industriegeländen
- Beschichtungen für Koch- und Backgeschirr (antihaftbeschichtet)
- Textilimprägnierungen für wasser- und schmutzabweisende Kleidung
- Verpackungsmaterialien für fetthaltige Lebensmittel (z.B. Fast-Food-Verpackungen)
- Galvanik und Metallverarbeitung
- Herstellung von Halbleitern und Fotolithografieprozessen
Typische Kontaminationsquellen
Die häufigsten Standorte mit PFAS-Kontaminationen sind Flughäfen und Militärgelände, auf denen über Jahrzehnte AFFF-Schaum geübt und eingesetzt wurde. Aber auch Industriestandorte der Textil-, Papier- und Elektronikindustrie sowie Deponien, auf denen PFAS-haltige Abfälle abgelagert wurden, gelten als kritische Quellen. Da beide Verbindungen wasserlöslich und mobil sind, können sie sich von diesen Quellen weit ins Grundwasser ausbreiten und Umweltberatung und Sanierung erforderlich machen.
Welche Gesundheitsrisiken gehen von PFOA und PFOS aus?
PFOA und PFOS reichern sich im menschlichen Blut und in Organen an und werden mit einer Reihe ernsthafter Gesundheitsschäden in Verbindung gebracht. Dazu gehören erhöhtes Krebsrisiko, Schilddrüsenerkrankungen, Störungen des Immunsystems, veränderte Cholesterinwerte und Beeinträchtigungen der Reproduktion. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat PFOA als krebserregend für den Menschen eingestuft.
Beide Verbindungen sind bioakkumulierend: Sie werden vom Körper nur sehr langsam ausgeschieden. Die biologische Halbwertszeit von PFOS im menschlichen Blut liegt bei mehreren Jahren. Besonders besorgniserregend ist die Exposition über Trinkwasser, da PFOA und PFOS selbst in sehr geringen Konzentrationen langfristige Wirkungen entfalten können.
Studien an exponierten Bevölkerungsgruppen, etwa in der Nähe von Produktionsstandorten oder Feuerwehrübungsgeländen, zeigten erhöhte Raten von Nieren- und Hodenkrebs sowie Veränderungen des Hormonsystems. Kinder und Ungeborene gelten als besonders empfindlich gegenüber PFAS-Exposition, da diese Verbindungen die Plazentaschranke überwinden können.
Wie werden PFOA und PFOS reguliert?
PFOS wurde bereits 2009 in das Stockholmer Übereinkommen über persistente organische Schadstoffe (POPs) aufgenommen und unterliegt seitdem einem globalen Verwendungsverbot mit wenigen Ausnahmen. PFOA folgte 2019. In der Europäischen Union sind beide Substanzen durch die POP-Verordnung verboten, und seit 2026 gelten verschärfte Grenzwerte für PFAS in Trinkwasser gemäß der überarbeiteten EU-Trinkwasserrichtlinie.
Die Regulierung hat sich in den vergangenen Jahren erheblich verschärft. Auf EU-Ebene wurde zudem ein Beschränkungsvorschlag für die gesamte PFAS-Gruppe (sogenannte PFAS-Universalbeschränkung) erarbeitet, der langfristig Herstellung, Verwendung und Inverkehrbringen nahezu aller per- und polyfluorierten Alkylverbindungen einschränken soll.
In Deutschland setzt die Bundesbodenschutzverordnung (BBodSchV) Prüf- und Maßnahmenwerte für PFAS im Boden und Grundwasser. Ergänzend hat die Trinkwasserverordnung Grenzwerte für Einzelsubstanzen sowie für PFAS-Summenparameter eingeführt. Für Unternehmen, die PFAS-belastete Standorte besitzen oder erwerben, ist eine fundierte Risikobewertung daher unerlässlich, um rechtliche und finanzielle Haftungsrisiken frühzeitig zu erkennen.
Welche Sanierungsverfahren eignen sich für PFOA- und PFOS-Kontaminationen?
Die Sanierung von PFOA- und PFOS-Kontaminationen ist technisch anspruchsvoll, weil klassische biologische Abbauprozesse bei diesen Verbindungen nicht greifen. Bewährte Verfahren umfassen Pump-and-Treat-Systeme mit nachgeschalteter Aktivkohle- oder Ionenaustauscherbehandlung, Bodenaushub und Entsorgung sowie aufkommende Technologien wie elektrochemische Oxidation und Hochtemperaturverbrennung.
Pump-and-Treat mit Wasseraufbereitung
Das am häufigsten eingesetzte Verfahren bei PFAS-kontaminiertem Grundwasser ist das Abpumpen und anschließende Aufbereiten des Wassers. Granulierte Aktivkohle (GAC) und Ionenaustauscher adsorbieren PFOA und PFOS effektiv aus dem Wasser. Der Nachteil: Das Verfahren behandelt das Symptom, nicht die Quelle. Solange der Schadstoffherd im Boden verbleibt, ist ein kontinuierlicher Pumpbetrieb erforderlich.
In-situ-Technologien und neue Ansätze
Für die Behandlung des Schadstoffherds direkt im Untergrund werden derzeit verschiedene In-situ-Verfahren erprobt und eingesetzt. Dazu gehören die In-situ-Stabilisierung mit Aktivkohle oder Ionenaustauschermaterialien, die den Schadstoff immobilisieren, sowie Hochdruckinjektionen von Reagenzien, die PFAS chemisch zersetzen sollen. Thermische Verfahren wie die In-situ-thermische Desorption (ISTD) können PFAS aus dem Boden mobilisieren und dann oberirdisch behandeln.
Biologische Abbauverfahren, wie sie bei In-situ-Sanierungen chlorierter Kohlenwasserstoffe erfolgreich eingesetzt werden, sind bei PFOA und PFOS nur sehr begrenzt anwendbar, da bislang keine Mikroorganismen bekannt sind, die die vollständige Defluorierung dieser Verbindungen unter Umweltbedingungen leisten können. Die Forschung auf diesem Gebiet ist jedoch aktiv, und erste Laborbefunde deuten auf mögliche mikrobielle Abbauwege hin.
Die Wahl des geeigneten Verfahrens hängt von der Konzentration und Verteilung der Schadstoffe, der Hydrogeologie des Standorts, den regulatorischen Zielwerten und den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ab. Eine sorgfältige Sanierungsuntersuchung ist daher der unverzichtbare erste Schritt.
Wie RiskCom bei PFOA- und PFOS-Kontaminationen hilft
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- Risikobewertung und Gefährdungsabschätzung: Mit unserer eigenentwickelten Software RIMPro© quantifizieren wir Risiken präzise und rechtssicher nach internationalen Standards.
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