Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind in vielen Regionen der Umwelt nachweisbar. Aufgrund ihrer stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen werden sie kaum natürlich abgebaut und können sich in Böden, Gewässern und Nahrungsketten anreichern. In einzelnen Fällen, etwa im Umfeld ehemaliger Feuerwehrübungsflächen, sind Grundwasser und Boden besonders stark belastet.

Radiolyse mit Elektronenstrahlen

Einen alternativen Ansatz zur Behandlung PFAS-haltiger Wässer liefert die Beschleunigerphysik. Hochenergetische Elektronen können PFAS-Moleküle durch Radiolyse in weniger problematische Bestandteile zerlegen. Voraussetzung dafür ist ein Elektronenstrahl mit definierter Energie und ausreichend hoher mittlerer Leistung.

SHF-Photoinjektor als technische Basis

In einer Machbarkeitsstudie hat das Team um Prof. Dr. Thorsten Kamps untersucht, ob ein am HZB entwickelter Beschleuniger auf Basis eines SHF-Photoinjektors diese Anforderungen erfüllen kann. Das Konzept nutzt einen supraleitenden Hochfrequenzresonator, in dem Elektronen mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern beschleunigt werden. Dadurch lassen sich Strahlleistungen erzielen, wie sie für Anwendungen in der Wasseraufbereitung erforderlich sind.

„Das SHF-Photoinjektor-Konzept ist sehr flexibel und eignet sich perfekt für die Weiterentwicklung der beschleunigerbasierten PFAS-Wasseraufbereitung. So können wir herausfinden, bei welchen Strahlparametern sich der chemische Ertrag für spezifische PFAS-Verbindungen optimieren lässt“, so Tasha Spohr, Erstautorin der Studie.

Vergleich mit bestehender Aufbereitungstechnik

Im Rahmen einer Fallstudie verglich das Forschungsteam das Beschleunigerkonzept mit einer derzeit eingesetzten Filteranlage zur PFAS-Entfernung an einem ehemaligen Flughafenstandort. Die Analyse deutet darauf hin, dass das Verfahren bei den Betriebskosten perspektivisch mit konventionellen Lösungen vergleichbar sein könnte.

Perspektive für mobile Anwendungen

Langfristig zielt das Konzept auf kompakte Elektronenbeschleuniger ab, die in Containern untergebracht und direkt an belasteten Standorten eingesetzt werden können. Zwar besteht noch Entwicklungsbedarf bis zur praktischen Umsetzung, die Studie zeigt jedoch, dass der SHF-Photoinjektor eine geeignete Plattform darstellt, um Effizienz, Nutzen und Kosten solcher Anlagen systematisch zu untersuchen.