Geesthacht. Im entlegenen arktischen Ozean lassen sich zahlreiche gesundheitsschädliche Industriechemikalien aufspüren, sogenannte per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS). Darunter finden sich auch solche, die seit Jahren verboten sind. Erstmals konnte ein internationales Forscherteam um Hanna Joerss vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) dort auch einen Stoff nachweisen, der als Ersatzstoff für eine bereits verbotene Chemikalie verwendet wird.

Die Wissenschaftler fürchten, dass mit dem Klimawandel aus dem schmelzenden arktischen Eis Schadstoffe wieder freigesetzt werden, die dort lange gespeichert waren. Sie stellen ihre Ergebnisse im Fachmagazin “Environmental Science & Technology” vor.

PFAS können krebserregend sein

Die Chemikalien aus der Gruppe der PFAS sind in zahlreichen Alltagsprodukten zu finden. Aufgrund ihrer wasser-, schmutz- und fettabweisenden Eigenschaften werden sie unter anderem in Outdoorbekleidung, Coffee-to-go Bechern und Pizzakartons oder zur Beschichtung von Teflonpfannen verwendet. Auch in Feuerlöschschäumen sind sie zu finden. Nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) gehören über 4700 verschiedene Verbindungen zu dieser Stoffgruppe, darunter als Leitsubstanzen die Perfluoroctansäure (PFOA) und die Perfluoroctansulfonsäure (PFOS).

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Beide Stoffe stehen in Verdacht, gesundheitsschädlich zu sein. Sie können laut Bundesinstitut für Risikoforschung (BfR) den Fettstoffwechsel, die Schilddrüsenfunktion und das Immunsystem beeinflussen. Aus Tierversuchen sei bekannt, dass die Stoffe die Leber schädigen sowie entwicklungstoxisch und vermutlich krebserzeugend wirken.

Stoffe sind langlebig und nahezu unzerstörbar

Aufgrund dieser Risiken ist der Einsatz beider Stoffe mittlerweile verboten beziehungsweise streng reguliert. Über das Stockholmer Übereinkommen ist ihre Anwendung international verboten – mit Ausnahmen für unverzichtbare Anwendungen.

Das Problem: “Da die Schadstoffe aber langlebig und nahezu unzerstörbar sind, werden diese noch immer in großem Umfang in der Umwelt nachgewiesen”, erläutert Küstenforscherin Joerss. Chemisch betrachtet sind PFAS charakterisiert durch Verknüpfungen einer Kette von Kohlenstoffatomen mit Fluoratomen. “Das ist eine sehr starke Bindung, die die Stoffe unglaublich stabil macht.”

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Sie finden sich im Abwasser, in der Luft und im Boden und gelangen vor allem über die Nahrung auch in Tiere und Menschen. Luft und Wasser verbreiten die Chemikalien in die entlegensten Regionen der Erde – wo sie vermutlich über Jahrhunderte nicht mehr abgebaut werden.

Forscher untersuchen Wasserproben aus der Framstraße

Joerss und ihr Team, zu dem auch Wissenschaftler der Universität Harvard und des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven gehören, untersuchten die Verbreitung der PFAS und ihrer Ersatzstoffe am Eingangstor der Arktis, der Framstraße. Das Gebiet liegt zwischen Grönland und Spitzbergen.

Sie nahmen von Bord des Forschungsschiffs “Polarstern Proben”, zum einen während der Fahrt von Bremerhaven in die Arktis, zum anderen entlang zweier Strömungen, die in der Framstraße in den Arktischen Ozean ein- und wieder austreten. Die Wasserproben stammten aus wenigen Metern bis zu über 3000 Meter Tiefe. Per Massenspektrometrie wiesen die Forscher nach, welche Chemikalien in den Proben zu finden sind.

HFPO-DA erstmals in Proben nachgewiesen

Insgesamt fanden sie elf verschiedene PFAS, darunter auch PFOA und PFOS. Der Nachweis überrascht wenig angesichts früherer Untersuchungen, die die Substanzen bereits in den abgelegensten Regionen der Welt gefunden haben. 2018 etwa wies die Umweltorganisation Greenpeace die Chemikalien rund um die antarktische Halbinsel nach.

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Erstmals entdeckten die Wissenschaftler allerdings die Chemikalie HFPO-DA in einer derart entlegenen Meeresregion. Sie spürten sie in 19 von 21 Proben auf. HFPO-DA (Handelsname GenX) wird als Ersatz für das stark reglementierte PFOA genutzt. Der Nachweis des Ersatzstoffes in den arktischen Wasserproben zeige, dass die von der Industrie eingesetzten Alternativen nicht unbedingt besser seien, erläutert Joerss.

Umweltbundesamt fordert Verbot von Stoffgruppe

“Grundsätzlich wirft das die Frage auf, ob man diese Chemikalien überhaupt Substanz für Substanz regulieren kann”, sagt die Küstenforscherin. Besser sei es, die Stoffgruppe als solche zu regulieren – ein Vorgehen, das von vielen Experten befürwortet wird. Auch das UBA hält “insbesondere unter Berücksichtigung des Vorsorgeprinzips” ein Verbot der gesamten Stoffgruppe für notwendig.

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“Es kann sein, dass man einen Ersatzstoff findet, der nicht schädlich ist”, erläutert Studienleiter Ralf Ebinghaus, Leiter der Abteilung Umweltchemie am HZG. “Wenn aber nicht, vergehen wieder Jahre, bis auch dieser Stoff aus dem Verkehr gezogen ist.” Die Studie zeige nicht, dass die Regulierungen insgesamt nicht greifen, betont Ebinghaus. “Untersuchungen aus Nord- und Ostsee etwa zeigen uns, dass die Konzentration der bereits verbotenen PFAS zurückgeht – langsam, aber stetig.”

Klimawandel könnte Freisetzung der Chemikalien fördern

In die Arktis gelangen die Chemikalien laut der Studie über Meeresströmungen und die Atmosphäre. “Die Stoffe werden dann dort abgelagert und reichern sich an”, sagt Joerss. Im Wasser, das die Arktis verlässt, fanden die Forscher höhere Konzentrationen der Schadstoffe als im Wasser, das aus dem Nordatlantik in die Arktis strömt.

In den kommenden Jahren dürfte die Freisetzung der Chemikalien aus dem arktischen Eis noch zunehmen. “Der arktische Ozean wird von einer Senke, in die Schadstoffe eingelagert werden, zu einer Quelle”, sagt Joerss. Dieses Phänomen sei auch aus anderen kalten Regionen bekannt. “Aus hochalpinen Gletschern wird etwa wieder Blei freigesetzt, das lange im Eis eingeschlossen war”, erläutert Ebinghaus.

Industrie muss Alternativen für Chemikalien finden

Wichtig ist nach Ansicht der HZG-Forscher, schnell zu prüfen, wo die Chemikalien unersetzlich sind – und wo verzichtbar. In vielen Anwendungsbereichen sind Alternativen möglich, sagt Joerss. “Im Lebensmittelbereich etwa wird versucht, ganz dichtes Papier für Verpackungen zu nutzen, um Fett und Flüssigkeit zurückzuhalten.”

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Im Outdoorbereich zeigt das Beispiel des Ausrüsters Jack Wolfskin, dass es auch ohne geht: Das Unternehmen verzichtet mittlerweile vollständig auf die Verwendung von PFAS in seinen Produkten. Auch andere Outdoorausrüster arbeiten an einer PFAS-freien Produktion.

Zahlreiche Kinder haben langlebige Chemikalien im Blut

Dass der Handlungsbedarf hinsichtlich eines vollständigen Verbots der Stoffe groß ist, zeigte auch eine Anfang Juli vorgestellte UBA-Untersuchung. Sie belegte, dass viele Kinder und Jugendliche in Deutschland gesundheitlich bedenkliche Konzentrationen der langlebigen Chemikalien im Blut haben. In 21 Prozent der Proben – also in rund jeder fünften – sei etwa der Grenzwert für PFOA überschritten worden, der eine gesundheitliche Beeinträchtigung ausschließt.

Über die konkreten Gesundheitsgefahren, die von “bedenklichen Chemikalien” ausgehen, berichteten Forscher kürzlich in einer Studie im Fachmagazin “The Lancet Diabetes & Endocrinology”. Die Forscher um Linda Kahn von der New York University (NYU) hatten Hunderte Studien zu solchen Stoffen analysiert, die wie die PFAS in das Hormonsystem des Menschen eingriffen, sogenannte endokrine Disruptoren.

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Stehen Vorerkrankungen im Zusammenhang mit PFAS?

Sie fanden Hinweise auf einen Zusammenhang von PFAS und zahlreichen gesundheitlichen Problemen, auch solchen, die bisher nicht mit den Chemikalien in Verbindung gebracht worden waren. Dazu gehörten Übergewicht bei Kindern und Erwachsenen, Schwangerschaftsdiabetes, ein geringeres Geburtsgewicht, schlechtere Spermaqualität und Brustkrebs.

“Wir brauchen noch weitere Untersuchungen, um den Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung sicherer herzustellen, aber es besteht schon jetzt dringender Handlungsbedarf, denn die Öffentlichkeit zahlt schon heute den Preis in Form von ernsten und anhaltenden Gesundheitsproblemen”, sagt Kahn laut Mitteilung der NYU School of Medicine.

Regularien in den USA reichen nicht aus

In einer zweiten Übersichtsarbeit bewerteten Forscher die bestehenden rechtlichen Vorgaben in der EU und den USA, die Menschen vor den schädlichen Auswirkungen der endokrin wirksamen Substanzen schützen sollen. Vor allem in den USA seien die gegenwärtigen Regularien nicht ausreichend, da sie auf der Vermeidung von Exposition mit hohen Dosen basierten – die Aufnahme geringer Dosen über viele Jahre aber nicht berücksichtigten.

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“Unser Verständnis der endokrinen Disruptoren hat sich verbessert, die gesetzlichen Regularien, die vor ihnen schützen sollen, allerdings nicht”, sagt Studienleiter Leonardo Trasande von der New York University.