Verstehen von perfluorierten und polyfluorierten Chemikalien (PFAS)

PFAS sind eine Klasse von Chemikalien, die für ihre hohe chemische Stabilität und ihre tensidähnlichen Eigenschaften bekannt sind und in verschiedenen Industriesektoren, einschließlich der Halbleiterfertigung, der Metallbearbeitung und der Schmierstoffproduktion, weit verbreitet sind. Aufgrund ihrer einzigartigen hydrophoben und oleophoben Eigenschaften wurden PFAS als wesentlich für die Verbesserung der Effizienz von Bearbeitungsprozessen und die Steigerung der Produktqualität angesehen. Ihre hohe Stabilität und Persistenz haben jedoch erhebliche Umwelt- und Gesundheitsbedenken aufgeworfen.

In der Metallbearbeitung werden PFAS häufig als Tenside zu Schneidflüssigkeiten und Schmierstoffen hinzugefügt, um die Kühl- und Schmierwirkung zu verbessern. Die Struktur der Fluorkohlenstoffkette von PFAS ermöglicht es ihnen, stabile Filme auf Metalloberflächen zu bilden, wodurch Reibung und Verschleiß reduziert werden, was die Lebensdauer der Werkzeuge verlängert und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert.

Zum Beispiel wurden Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) und Perfluorohexansulfonsäure (PFHxS) häufig in verschiedenen Metallbearbeitungsflüssigkeiten und Schmierstoffformulierungen verwendet, um die Rostschutz- und Schmierstoffeigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus können diese Verbindungen unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen und Drücken stabil bleiben, was besonders wichtig für die Präzisionsmetallbearbeitung in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Herstellung von medizinischen Geräten ist.

Der schrittweise Ausstieg aus PFAS

Der Einsatz von PFAS in der Metallbearbeitung und in Schmierstoffen birgt ebenfalls potenzielle Umwelt- und Gesundheitsrisiken. Diese Substanzen sind extrem schwer abbaubar, haben bioakkumulierende Eigenschaften und können durch Abwasser in natürliche Gewässer gelangen. Abfallflüssigkeiten, Schneidflüssigkeiten und Kühlmittel, die in der Metallbearbeitung verwendet werden, enthalten häufig erhebliche Mengen an PFAS.

Wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt werden, können diese fluorierten Verbindungen den Boden und das Grundwasser weiter kontaminieren und stellen eine Bedrohung für Ökosysteme und die menschliche Gesundheit dar. Studien haben gezeigt, dass PFAS das menschliche Hormonsystem stören können und mit verschiedenen Gesundheitsproblemen, einschließlich Krebs, Beeinträchtigung des Immunsystems und Fortpflanzungsproblemen, in Verbindung stehen.

Angesichts der globalen Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen von PFAS haben viele Länder und Regionen begonnen, die Vorschriften für diese Verbindungen zu verschärfen. Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) hat PFOS, Perfluoroctansäure (PFOA) und deren Derivate im Rahmen des Gesetzes über die Kontrolle giftiger Substanzen aufgeführt, was eine reduzierte Verwendung in industriellen Prozessen oder die Suche nach Alternativen erfordert.

Die Europäische Union hat auch strenge Beschränkungen für die Verwendung verschiedener PFAS-Stoffe im Rahmen des Stockholmer Übereinkommens auferlegt, um ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesundheit zu minimieren. Diese regulatorischen Maßnahmen haben die Metallverarbeitungsindustrie dazu veranlasst, PFAS-freie Alternativen sowie umweltfreundlichere Schneidflüssigkeiten und Schmierstoffformulierungen zu suchen.

PFAS-freie Schmierstoffe in der Metallbearbeitung

Bei der Formulierung von Metallbearbeitungs-Schmierstoffen gewinnen PFAS-freie Alternativen an Aufmerksamkeit. Diese Alternativen zielen darauf ab, die Verwendung von PFAS zu reduzieren oder zu eliminieren, um das Risiko von Umweltverschmutzung zu verringern. Einige alternative Technologien, wie pflanzenbasierte Schmierstoffe und synthetische Ester-Schmierstoffe, bieten nicht nur ähnliche Rostschutz- und Schmierstoffeigenschaften, sondern haben auch eine bessere Biodegradierbarkeit und Umweltverträglichkeit. Die Kosten und technischen Anforderungen dieser Alternativen bleiben jedoch eine Herausforderung, die weitere Forschung und Entwicklung erfordert, um ihre Leistung und Stabilität in verschiedenen industriellen Anwendungen sicherzustellen.

Für die Behandlung von Abwasser aus der Metallbearbeitung sind traditionelle physikalische und chemische Behandlungsverfahren, wie Koagulation, Sedimentation und Redoxreaktionen, nicht vollständig wirksam bei der Entfernung von PFAS. Jüngste Studien haben gezeigt, dass fortschrittliche Behandlungstechnologien wie fortgeschrittene Oxidationsprozesse (AOPs), Membranfiltration und Adsorptionstechniken (z. B. Aktivkohle- und Harzadsorption) eine höhere Effizienz bei der Entfernung dieser persistierenden organischen Schadstoffe bieten. Die Anwendung dieser Technologien muss jedoch Kosten, Energieverbrauch und betriebliche Anforderungen berücksichtigen, und sie erfordern weitere Optimierung und Validierung.

Der Einsatz von PFAS in der Metallbearbeitung und in Schmierstoffen hebt ihre Vorteile in der industriellen Leistung hervor, bringt jedoch auch Umwelt- und Gesundheitsrisiken mit sich. Mit dem zunehmenden Umweltbewusstsein und den strenger werdenden Vorschriften sieht sich die Industrie dem Druck ausgesetzt, den PFAS-Einsatz zu reduzieren, Alternativen zu suchen und die Abwasserbehandlungstechnologien zu verbessern. In Zukunft müssen Innovationen in der Metallbearbeitung Effizienz und Umweltanforderungen in Einklang bringen und eine nachhaltige industrielle Transformation fördern.

◆ Zitiert von: Springer Nature

◆ Quelle: https://rdcu.be/dSOkJ