Abschätzung von PFAS im Bioabfall in Österreich

Die Produktion und der Einsatz von Chemikalien in Konsumgütern sind allgegenwärtig und nehmen weiter zu. Chemikalien sind wesentlicher Bestandteil nahezu aller hergestellten Güter, von Plastik und Textilien bis hin zu Reinigungsmitteln und Pflanzenschutzmitteln. Mit der Zunahme ihres Einsatzes steigen auch die Herausforderungen für die Abfallwirtschaft, da die Entsorgung und das Management zunehmend komplexer werden. Besonders kritisch sind dabei persistente organische Schadstoffe (POPs). Diese Substanzen sind langlebig, reichern sich in der Umwelt an und sind für Mensch und Natur gesundheitsgefährdend. Internationale Regelwerke wie das Stockholmer Übereinkommen schreiben deshalb spezielle Maßnahmen zur sicheren Zerstörung oder dauerhaften Immobilisierung vor (Europäisches Parlament und Rat der Europäischen Union 2019).

Zu diesen POPs zählen auch per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), die aufgrund ihrer Persistenz, Bioakkumulationsfähigkeit und Toxizität, die durch die starke Kohlenstoff-Fluor-Bindung (C-F-Bindung) ermöglicht werden, schon länger im Fokus von Forschung, Gesellschaft und Gesetzgebung stehen. Aufgrund ihrer besonderen chemischen Struktur zeichnen sich PFAS durch eine ausgeprägte Wasser- und Fettabweisbarkeit sowie durch eine hohe thermische und chemische Stabilität aus (Al Amin et al. 2020; Buck et al. 2011). Diese Kombination spezifischer Eigenschaften ermöglicht ihren breiten Einsatz in einer Vielzahl von Industrie- und Konsumprodukten (Clara et al. 2008). Seit ihrer Synthese in den 1950er-Jahren werden PFAS in den unterschiedlichsten Produkten eingesetzt, darunter Textilien, Kosmetika, Lebensmittelverpackungen, Feuerlöschschäume, Pflanzenschutzmittel und industrielle Prozesschemikalien (Bolan et al. 2021). Dieser weitverbreitete Einsatz von PFAS führt auch zu einem wachsenden Aufkommen von PFAS in der Umwelt. Einmal in der Umwelt, können PFAS dort über Jahrzehnte hinweg bestehen bleiben (Brunn et al. 2023) und zudem über die Atmosphäre auch weite Strecken zurücklegen und entfernte Ökosysteme belasten (Evich et al. 2022; Kourtchev et al. 2024). Belastungen können entlang ihres gesamten Lebenszyklus entstehen: von der Herstellung der Chemikalien selbst, über ihre Weiterverarbeitung zu Erzeugnissen und die Nutzung der Produkte bis hin zur Entsorgung. So gelangen sie auch zunehmend in Abfallströme, einschließlich organischer Fraktionen wie Bioabfall. Dadurch wird dieser Stoffstrom zu einem relevanten Eintragspfad für PFAS in Verwertungssysteme, was neue Herausforderungen für eine schadstofffreie Kreislaufwirtschaft mit sich bringt.

Die weit verbreitete Nutzung von PFAS in zahlreichen Industrie- und Konsumprodukten führt zwangsläufig zu deren Anreicherung in unterschiedlichen Abfallströmen. Aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit und der vielfältigen Anwendungen gelangen PFAS über verschiedene Pfade in den Abfallsektor (Reinhart et al. 2023).

PFAS-haltige Abfälle, die auf Deponien abgelagert werden, setzen diese Chemikalien über längere Zeiträume kontinuierlich ins Sickerwasser frei. Untersuchungen an Deponiesickerwasser zeigen Konzentrationen im Bereich von < 0,001 bis 29 µg kg⁻¹, was deren Rolle als langfristige, sekundäre Emissionsquelle unterstreicht (Hamid et al. 2018; Dasu et al. 2022). Im Abwasser liegen die PFAS-Konzentrationen in Untersuchungen im Zulauf zwischen 0,00098 und 66,9 µg L⁻¹ und im Ablauf zwischen 0,02 und 107 µg L⁻¹ (Gallen et al. 2018; Moneta et al. 2023), wobei die Konzentrationen stark von der Wassernutzung abhängig sind: Industrielle Abwässer weisen im Vergleich zu kommunalen Abwässern höhere PFAS-Konzentrationen auf (O’Connor et al. 2022). Untersuchungen in Klärschlämmen ergaben Konzentrationen von 1–3200 µg kg⁻¹ (Link et al. 2024), auch hier hängt die Konzentration von der Art der Wassernutzung ab, insbesondere davon, ob die Abwässer überwiegend aus Haushalten oder aus industriellen Quellen stammen. Zudem verdeutlichen diese Ergebnisse, dass Klärschlämme eine doppelte Rolle im Umgang mit PFAS übernehmen. Einerseits binden sie insbesondere langkettige PFAS durch Adsorption an Partikeln und reduzieren somit die Schadstoffbelastung des Abwassers. Andererseits stellen sie selbst eine Quelle für PFAS dar, da bei deren Ausbringung PFAS in Böden und Umwelt gelangen können (DeSilva et al. 2021; Saliu und Sauvé 2024).

Neben diesen Pfaden gelangen PFAS auch über Papier, Plastik und Textilien in die entsprechenden Abfallströme. Besonders papierbasierte Produkte wie Verpackungen und beschichtete Papiere enthalten häufig PFAS, die ursprünglich gezielt zur Verbesserung der wasser- und fettabweisenden Eigenschaften eingesetzt wurden (Langberg et al. 2024). Analysen von Papierprodukten, die sowohl Neuprodukte als auch Rezyklate untersuchten, zeigten PFAS-Konzentrationen von 0,4–971 µg kg⁻¹ (Langberg et al. 2024). Bei Textilien zeigen sich zudem deutlich höhere PFAS-Konzentrationen, wobei insbesondere Fluortelomeralkohole zur funktionellen Ausrüstung eingesetzt werden (Gremmel et al. 2016).

Die Behandlung PFAS-haltiger Abfälle stellt aus technischer und ökologischer Sicht eine beträchtliche Herausforderung dar. Die ausgeprägte chemische Stabilität, die hydrophoben Eigenschaften sowie die Vielfalt der PFAS-Verbindungen erschweren deren Entfernung und Zerstörung erheblich. Insgesamt zeigen aktuelle Untersuchungen, dass herkömmliche Abfallbehandlungsmethoden nur begrenzt zur Reduktion der PFAS-Last beitragen (Tavasoli et al. 2021; Meegoda et al. 2022), wobei thermische Verfahren derzeit die einzige verlässliche Option zur Zerstörung dieser persistenten Stoffe darstellen (Gehrmann et al. 2024). Innovativere Behandlungsverfahren wie Adsorption an Aktivkohle, Ionenaustausch oder spezielle Fällungsverfahren werden hauptsächlich zur Reinigung von Abwässern und Deponiesickerwässern eingesetzt. Während beispielsweise Aktivkohle PFAS zuverlässig bindet, bietet sie keine endgültige Entfernung, sondern erzeugt einen neuen festen Abfallstrom in Form gesättigter Aktivkohle. Dieser Abfallstrom muss anschließend ebenfalls thermisch behandelt oder sicher entsorgt werden, um eine Rückführung der PFAS in die Umwelt nachhaltig zu verhindern (O’Connor et al. 2022).

Vor diesem Hintergrund gewinnen die systematische Erfassung und gezielte Behandlung PFAS-haltiger Materialien zunehmend an Bedeutung, da von diesen sowohl eine direkte Emission in die Umwelt als auch eine unbeabsichtigte Rückführung in die Stoffkreisläufe, etwa über Recyclingprodukte, ausgehen können. Der Umgang mit PFAS-haltigen Materialien ist aber sowohl technisch als auch rechtlich komplex, denn dieser wird erschwert durch die stetige Erweiterung der Stoffgruppe durch neue Substanzen und Ersatzstoffe sowie das Fehlen umfassender Standards und standardisierter Nachweismethoden (Trier et al. 2025), die für eine zuverlässige Identifikation und Behandlung unerlässlich sind. Die Komplexität macht deutlich, wie wichtig gesetzliche Rahmenbedingungen und behördliches Monitoring für ein wirksames PFAS-Management sind. Auf europäischer Ebene sowie in den Mitgliedstaaten wurden daher in den letzten Jahren verstärkt Regelungen eingeführt. Im Folgenden werden die zentralen rechtlichen Rahmenbedingungen der EU dargestellt:

PFAS sind mittlerweile ubiquitär in der Umwelt nachweisbar und spielen auch im Bioabfall eine zunehmend relevante Rolle. Die Diversität ihrer Quellen begünstigt den Eintrag in biogene Abfallströme, wo PFAS eine maßgebliche Belastung darstellen und sowohl die Behandlung von organischen Abfällen als auch die Wiedereinbringung in Stoffkreisläufe beeinflussen.

Eine Eintragsquelle stellen Lebensmittel dar, in welchen PFAS bereits regelmäßig nachgewiesen werden (Fair et al. 2019; Liu et al. 2019; Death et al. 2021). Ursächlich sind sowohl die Kontamination durch PFAS, die in der Umwelt vorkommen, als auch durch Migration aus Verpackungen und anderen Materialien, die mit den Lebensmitteln, auch während der Verarbeitung, Lagerung und Zubereitung, in Kontakt kommen. Während Daten zu PFAS-Gehalten in primären Lebensmitteln vorliegen, ist die Konzentration in Lebensmittelabfällen und Bioabfall bislang wenig erforscht. Eine Studie von Thakali et al. (2022) zu PFAS in Lebensmittelabfällen bestätigt ihr Vorkommen. In ihren Untersuchungen konnten sie erhöhte Konzentrationen spezifischer PFAS-Verbindungen, darunter Perfluorbutansäure (PFBA) in Konzentration bis 7,60 µg kg⁻¹, nachweisen. Niedrigere Konzentrationen unter 1 µg kg⁻¹ für die Gesamt-PFAS wurden von Timshina et al. (2024) gemessen.

Eine wesentliche und besser untersuchte PFAS-Quelle im Bioabfall sind Lebensmittelkontaktmaterialien. Insbesondere wasser- und fettabweisend ausgerüstete Verpackungen enthalten häufig PFAS, die beim Gebrauch in Lebensmittel und somit auch in Lebensmittelabfälle gelangen und deren PFAS-Gehalt deutlich beeinflussen können. Diese Materialien können dabei deutlich höhere PFAS-Gehalte aufweisen als die darin verpackten Lebensmittel und tragen somit maßgeblich zur Belastung bei. Analysen von Papier- und Kartonverpackungen, die unter anderem auch für den Lebensmittelkontakt bestimmt sind, ergaben PFAS-Konzentrationen von 0,4–971 µg kg⁻¹ und 3,2–377 µg kg⁻¹ (Langberg et al. 2024; Wang et al. 2024). PFAS sind nicht nur in konventionellen Verpackungen nachweisbar, sondern auch in als umweltfreundlich deklarierten Alternativen. Diese enthalten nachweislich relevante Mengen an PFAS, wie 6:2-Fluorotelomeralkohol, in Konzentrationen von 499 µg kg⁻¹ (Yuan et al. 2016). Während der Lagerung und Zubereitung gelangen diese PFAS dann durch Migration aus den Materialien in die Lebensmittel und somit weiter in den Abfallstrom. Neben den Verpackungsmaterialien zählen auch fluorpolymerbeschichtete Koch- und Backutensilien zu den indirekten PFAS-Quellen. Dies kann etwa durch Emissionen bei der Herstellung, thermische Zersetzung beim Gebrauch und auf den Utensilien zurückbleibende PFAS-Reste erfolgen (Begley et al. 2008; Lerch et al. 2023).

Der PFAS-Eintrag beschränkt sich jedoch nicht nur auf Lebensmittel und deren Kontaktmaterialien. Gartenabfälle können über belastete Bodenverbesserer, Bewässerung mit belastetem Wasser und atmosphärische Deposition ebenfalls mit PFAS in Kontakt kommen. Pflanzen nehmen nachgewiesenermaßen diese Verbindungen aus dem Boden auf und lagern sie im organischen Gewebe ein, das später als Grünschnitt anfällt. Zwar befassten sich einige Studien mit Komposten aus Gartenabfällen, in denen Konzentrationen von bis zu 18,5 µg kg⁻¹ gemessen wurden (Saha et al. 2024), jedoch fehlen immer noch Daten zu PFAS-Konzentrationen im ursprünglichen Ausgangsmaterial.

Die gängigen Behandlungsmethoden von Bioabfällen variieren hinsichtlich ihrer Wirksamkeit gegenüber der Entfernung und Zerstörung von PFAS. Kompostierung stabilisiert zwar die organische Substanz und reduziert Pathogene, senkt die PFAS-Konzentration jedoch meist nur durch Verdünnung und nicht durch Abbau (Lazcano et al. 2019; Timshina et al. 2024). Im Gegenteil kann eine Konzentrationszunahme durch Umwandlung von Vorläufersubstanzen erfolgen, insbesondere Fluortelomeralkohole werden aerob in persistente perfluorierte Carbonsäuren umgewandelt (Butt et al. 2014). Bei der anaeroben Vergärung werden PFAS kaum bis gar nicht biologisch abgebaut, können jedoch die Aktivität des mikrobiellen Milieus und damit den Energieertrag hemmen (Deligiannis et al. 2024; Lakshminarasimman et al. 2021; Jiao et al. 2022). Die thermische Behandlung wird im Hinblick auf ihre Wirksamkeit bei der Zerstörung von PFAS kontrovers diskutiert. Einerseits legen Björklund et al. (2023) nahe, dass nur Temperaturen über 1000 °C zu einer wirksamen Zerstörung führen und dass suboptimale Bedingungen die Bildung problematischer Abbauprodukte begünstigen und zur Kontamination von Aschen und Verbrennungsgasen führen. Andererseits zeigen Studien, dass eine kontrollierte Verbrennung (bei 850 °C und 2 s) PFAS wie PFOA und PFOS effizient zerstören kann, ohne dass dabei sekundäre PFAS-Emissionen entstehen. Entsprechend berichten Gehrmann et al. (2024) über eine vollständige Zerstörung von PFAS unter Bedingungen, die denen in kommunalen Müllverbrennungsanlagen in der EU entsprechen.

Infolge der meist unwirksamen Behandlung von Bioabfällen hinsichtlich des PFAS-Gehalts enthält Kompost oft PFAS-Konzentrationen im Bereich von 3,4–102 µg kg⁻¹ (Brändli et al. 2006; Sungur et al. 2020). Die Belastung hängt dabei wesentlich von Art und Zusammensetzung des Ausgangsmaterials sowie vom Behandlungsprozess ab. Die landwirtschaftliche Verwendung solcher Endprodukte trägt nachweislich zum Eintrag von PFAS in Boden, Pflanzen, Futtermittel bei und kann eine Akkumulation in Lebensmitteln und in der Umwelt bewirken, was weitreichende ökologische und gesundheitliche Risiken birgt (Gobelius et al. 2017; Sungur et al. 2020; DeSilva et al. 2021).

PFAS sind aufgrund ihrer persistenten, bioakkumulierenden und toxischen Eigenschaften eine zunehmende Herausforderung für die Abfallwirtschaft. Sie werden in verschiedenen Fraktionen des Bioabfalls nachgewiesen, wobei auf Grundlage der verfügbaren Daten eine jährliche Gesamtbelastung des österreichischen Bioabfalls von mindestens etwa 40 kg PFAS abgeschätzt werden kann. Aufgrund der begrenzten Datenlage ist diese Schätzung jedoch mit hoher Unsicherheit behaftet.

Dadurch kommt PFAS eine besondere Relevanz in Bezug auf die Kreislaufwirtschaft zu, da sie durch die Rückführung und Wiederverwertung von Sekundärrohstoffen systematisch in Stoffkreisläufe eingebracht werden. Ihre hohe Persistenz und Mobilität stellen ein erhebliches Risiko für die Qualität und Sicherheit sekundär genutzter Materialien dar und erschweren die Etablierung schadstofffreier Kreisläufe. Ein weiteres Problem besteht darin, dass PFAS aus verschiedenen Quellen während der Verwertungsprozesse zusammengeführt werden und dadurch oft unbemerkt in die Kreisläufe gelangen.

Eine sachliche und umfassende Abwägung der ökologischen Vorteile der stofflichen Verwertung, einschließlich organischer Abfälle, gegenüber den durch Schadstoffe, wie PFAS, verursachten Risiken ist daher unerlässlich. Unbestritten ist, dass die stoffliche Verwertung von Bioabfall bedeutende positive Effekte auf Umwelt und Abfallwirtschaft hat. Sie trägt zur Reduktion von Treibhausgasemissionen, zur Schonung natürlicher Ressourcen und zur Rückgewinnung wertvoller Roh- und Nährstoffe bei. Weiterhin bietet die landwirtschaftliche Nutzung von Kompost weitere Vorteile, u. a. werden durch die Rückführung organischer Substanz Bodenstruktur und Wasserhaltevermögen verbessert, die Humusbildung gefördert und wichtige Pflanzennährstoffe bereitgestellt. Darüber hinaus unterstützt Kompost die mikrobiologische Aktivität und Biodiversität im Boden. Auf diese Weise trägt die Kompostausbringung wesentlich zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und zur Schließung biogener Nährstoffkreisläufe bei. Dennoch besteht die Herausforderung darin, dass diese Kreisläufe durch die Einführung kontaminierter Sekundärrohstoffe zunehmend beeinträchtigt und gefährdet werden.

Zukünftig bedarf es daher gezielter Maßnahmen, um das Verhalten und die Verteilung von PFAS in biogenen Abfallströmen besser zu verstehen und geeignete Strategien zur Minimierung ihrer Einträge in Stoffkreisläufe zu entwickeln. Ebenso wichtig ist die Weiterentwicklung analytischer Methoden und Bewertungsansätze, um die Belastung systematisch erfassen und in Entscheidungen zur Abfallbewirtschaftung einbeziehen zu können. Vor diesem Hintergrund wird an der Universität Innsbruck in Kooperation mit der Innsbrucker Kommunalbetriebe AG (IKB) eine Analysemethode zur Quantifizierung von PFAS in biogenen Abfallströmen entwickelt und validiert. Damit sollen das Verhalten und die Verteilung von PFAS in biologischen Behandlungsverfahren besser verstanden und Grundlagen für Strategien zur Reduktion von PFAS-Einträgen in Stoffkreisläufe geschaffen werden. Langfristig unterstützt dies die Entwicklung schadstoffarmer und ressourcenschonender Kreislaufprozesse.

Generell muss der Fokus auch auf den Eintrag von PFAS in Bioabfall gelegt werden und v. a. die Quellen PFAS-haltiger Materialien ausgeschlossen werden. Da viele Lebensmittelverpackungen, beschichtete Papierprodukte oder imprägnierte Einweggeschirr PFAS enthalten, sollten solche Produkte regulatorisch eingeschränkt oder durch PFAS-freie Alternativen ersetzt werden. Gleichzeitig müssen Maßnahmen gesetzt werden, um Fehlwürfe dieser Stoffströme in die Biotonne zu vermeiden, d. h. klare Vorgaben und Information der Verbraucher:innen müssen verstärkt werden. Nur durch ein Zusammenspiel von Produktdesign, konkreter Getrenntsammlung und Kontrollen lässt sich der PFAS-Eintrag in Bioabfall wirksam verhindern.