Das Verbot der FCKW gilt als einer der größten Erfolge des Umweltschutzes, denn die Ozonschicht erholt sich. Doch die Kältemittel, die die schädlichen Stoffe ersetzt haben, hinterlassen ein neues Problem. Laut einer Studie der Lancaster University haben sie zusammen mit bestimmten Narkosegasen rund 335.500 Tonnen einer Ewigkeitschemikalie auf die Erde regnen lassen. Und die Menge dürfte noch Jahrzehnte weiter wachsen.
In den 1980er-Jahren entdeckten Forscher das Ozonloch über der Antarktis. Verantwortlich waren Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz FCKW, die damals in Kühlschränken, Klimaanlagen und Spraydosen steckten. Mit dem Montrealer Protokoll einigte sich die Welt auf ein Verbot dieser Stoffe. An ihre Stelle traten andere Chemikalien, zunächst teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe und dann Fluorkohlenwasserstoffe, kurz HFKW. Sie schädigen die Ozonschicht nicht oder deutlich weniger, und die Ozonschicht begann sich zu erholen. Weil viele dieser Ersatzstoffe jedoch starke Treibhausgase sind, werden auch sie inzwischen nach dem sogenannten Kigali-Zusatz zum Montrealer Protokoll schrittweise reduziert. Ihre Menge in der Atmosphäre steigt trotzdem weiter, weil sie dort teils sehr lange überdauern. Als neueste Generation von Kältemitteln kommen Hydrofluorolefine zum Einsatz, kurz HFO, die als klimafreundliche Alternative vermarktet werden. Doch auch diese Stoffe sind nicht folgenlos, wie die neue Studie zeigt. Sie betrifft Geräte, die in fast jedem Haushalt stehen, vom Kühlschrank bis zur Klimaanlage im Auto.
Im Mittelpunkt steht eine Substanz namens Trifluoressigsäure, kurz TFA. Sie entsteht, wenn bestimmte Ersatzstoffe der FCKW in der Atmosphäre zerfallen. TFA gehört zu den per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen, den sogenannten PFAS, die wegen ihrer extremen Beständigkeit als Ewigkeitschemikalien bezeichnet werden. Sie zerfallen in der Umwelt praktisch nicht und reichern sich deshalb immer weiter an. TFA gelangt mit dem Regen aus der Atmosphäre in Böden, Flüsse, Seen und Grundwasser. Die Forscher bezeichnen den Stoff als potenziell giftig. Wie viel TFA die Ersatzstoffe der FCKW bisher weltweit erzeugt haben, war bislang nicht berechnet worden. Atmosphärenforscher um Lucy Hart von der Lancaster University in Großbritannien haben diese Lücke nun geschlossen. Beteiligt waren auch die Professoren Ryan Hossaini und Cris Halsall. Ihre Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters. Sie zeigen erstmals, welche Mengen dieser Chemikalie durch einen Umweltschutzerfolg unbeabsichtigt in die Welt gelangt sind.
Für ihre Berechnung nutzten die Forscher ein chemisches Transportmodell. Es simuliert, wie sich Chemikalien in der Atmosphäre bewegen, wie sie dort reagieren und wie sie schließlich mit dem Regen oder durch direkte Ablagerung auf Land und Wasser gelangen. Einbezogen wurden teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe und Narkosegase, die bei Operationen eingeatmet werden. Das Ergebnis: Zwischen 2000 und 2022 lagerten sich aus diesen Quellen rund 335.500 Tonnen TFA aus der Atmosphäre auf der Erdoberfläche ab. Besonders aufschlussreich ist ein Befund aus der Arktis. Obwohl die Region weit von den großen Emissionsquellen entfernt liegt, ließ sich nahezu die gesamte dort gefundene TFA diesen Ersatzstoffen der FCKW zuordnen. Nach Worten von Hart sind die FCKW-Ersatzstoffe wahrscheinlich die dominierende atmosphärische Quelle von TFA. Wie die Mitteilung der Lancaster University zur TFA-Studie berichtet, wird die Menge noch lange weiter steigen.
Ein Grund für den erwarteten Anstieg sind die neuesten Kältemittel. In den mittleren Breiten, zu denen auch Europa gehört, stützt das Modell die wachsenden Hinweise, dass das Kältemittel HFO-1234yf zu einer wichtigen und wahrscheinlich wachsenden Quelle von TFA wird. Es wird vor allem in Klimaanlagen von Autos eingesetzt. Nach Worten von Hossaini sind HFO die jüngste Klasse synthetischer Kältemittel, die als klimafreundliche Alternative zu den HFKW vermarktet werden. Mehrere dieser Stoffe bilden jedoch TFA, und ihre zunehmende Verwendung in Autoklimaanlagen in Europa und anderswo erhöhe die Unsicherheit über die künftigen TFA-Werte in der Umwelt. Hinzu kommt die lange Lebensdauer älterer Ersatzstoffe in der Atmosphäre. Nach den Berechnungen der Forscher wird der Höhepunkt der jährlichen TFA-Produktion aus diesen Quellen irgendwann zwischen 2025 und 2100 erreicht. Die Spanne ist groß, weil sie davon abhängt, wie sich die Verwendung der verschiedenen Kältemittel in den kommenden Jahrzehnten entwickelt.
Die Studie zeigt ein Grundproblem des Umweltschutzes: Die Lösung eines Problems kann ein neues schaffen. Die Ersatzstoffe der FCKW haben die Ozonschicht gerettet, verbreiten aber eine Chemikalie, die sich in der Umwelt kaum abbaut. Die neuesten Kältemittel sollen das Klima schonen, tragen aber offenbar ebenfalls zur TFA-Belastung bei. Das bringt Politik und Industrie in eine schwierige Lage, denn Kühlung wird in einer wärmer werdenden Welt immer wichtiger, von Kühlschränken über Klimaanlagen bis zu Wärmepumpen. Nach Worten von Halsall entsteht TFA aus einer breiten Gruppe fluorhaltiger organischer Chemikalien, darunter Kältemittel, Lösungsmittel, Arzneimittel und PFAS im Allgemeinen. Hossaini sieht dringenden Bedarf, weitere Quellen von TFA zu verstehen und die Auswirkungen des Stoffs auf die Umwelt zu bewerten. Weil TFA sich in Gewässern anreichert, fordern die Forscher eine langfristige Überwachung. Die Studie macht deutlich, dass neue Stoffe künftig über ihren gesamten Lebenszyklus bewertet werden müssen, bis hin zu den Abbauprodukten, die sie in der Umwelt hinterlassen.