Entstehung und Verbreitung von TFA in der Atmosphäre modelliert

Die Empa hat in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt und der Universität Bern untersucht, wie Trifluoressigsäure in der Atmosphäre entsteht und von dort über Niederschläge in Gewässer gelangt. Die Studie kombinierte eine dreijährige Messperiode mit archivierten Wasserproben aus den letzten Jahrzehnten und einem atmosphärischen Modell. Das Resultat: Der Eintrag der Chemikalie in die Umwelt hat sich in den letzten Jahrzehnten vervielfacht – und wird auch in Zukunft weiter zunehmen.

Die Stoffklasse der PFAS umfasst tausende von chemischen Verbindungen. Die Freisetzung, Ausbreitung, Anreicherung und Wirkung zahlreicher PFAS sind Gegenstand laufender Forschung. Dazu gehört auch Trifluoressigsäure (TFA). Das kleinste Molekül der PFAS-Familie entsteht als Abbauprodukt unterschiedlicher Substanzen wie etwa Treib- und Kältemittel. Wie und wo genau sich TFA in der Atmosphäre bildet und in welchen Mengen die Substanz in die Gewässer gelangt wurde in einer gemeinsamen Studie von Empa-Forscherinnen und Forschern in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und der Universität Bern genauer nachgegangen. Die Studiengruppe hat die Entstehungs- und Transportwege von TFA in der Atmosphäre modelliert und mit TFA-Messungen aus Umweltproben verglichen.

Weitere Zunahme erwartet

Laut einer Medienmitteilung der Empa zeigen die Resultate der Studie, dass sich die Konzentrationen von TFA im Niederschlag und in den Oberflächengewässern in den letzten Jahrzehnten vervielfacht haben. Dies sei gemäss den Forschenden in erster Linie auf den vermehrten Einsatz von sogenannten Hydrofluorolefinen (HFO) zurückzuführen. Diese fluorierten Gase dienen als Kühl- und Treibmittel und ersetzen in dieser Rolle Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFKW). Im Gegensatz zu den langlebigen HFKW zersetzen sich die HFO in der Atmosphäre schnell – unter anderem zu TFA. «Da die Nutzung der HFO in Kühl- und Klimaanlagen weiter zunimmt, gehen wir davon aus, dass auch die TFA-Einträge in Zukunft ansteigen werden», so Stefan Reimann, Empa-Forscher aus dem Labor «Luftfremdstoffe / Umwelttechnik». Eine weitere grössere Quelle von TFA ist gemäss der Studie der Abbau von Pflanzenschutzmitteln. Der finale Anreicherungsort für die persistente fluorierte Säure sei deshalb auch der Ozean.

Forscher gehen von weiteren Vorläufersubstanzen und Entstehungspfaden aus

Nebst den Antworten, die die Studie bietet, wirft sie auch neue Fragen auf, denn das von der Projektgruppe angewendete Modell erkläre nur rund zwei Drittel des gesamten gemessenen atmosphärischen Eintrags von TFA. Daraus schliessen die Autoren, dass es wahrscheinlich noch weitere Vorläufersubstanzen und Entstehungspfade gibt, die noch nicht bekannt sind. Für diese Einschätzung spreche auch, dass selbst in den historischen Niederschlagsproben TFA in geringeren Konzentrationen gemessen wurde, obwohl die bekannten Vorläuferstoffe erst seit den 1990er-Jahren im Einsatz sind.

Studienaufbau

Laut Empa hat das BAFU über drei Jahre Proben von Niederschlägen und Oberflächengewässern auf TFA analysiert und auch archivierte Wasserproben bis ins Jahr 1984 beigezogen. Die Forschenden der Empa erstellten parallel dazu ein Modell des atmosphärischen Eintrags von TFA. «Wir modellieren die bekannten Vorläuferstoffe von TFA, ihre Abbaupfade und Zwischenprodukte sowie die Deposition der so gebildeten TFA, sowohl über den Niederschlag als auch direkt an Oberflächen», erläutert Empa-Forscher Stephan Henne, Erstautor der Studie. Das komplexe Modell erlaube laut Henne Vorhersagen über lange Zeiträume, und zwar mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung.