Trifluoressigsäure

Trifluoressigsäure (TFA, CAS-Nr.: 76-05-1) ist eine sehr gut wasserlösliche und in der Umwelt schwer abbaubare vollständig fluorierte Alkansäure, die aufgrund ihrer hohen Polarität auch in Böden schlecht zurückgehalten wird. TFA wird u.a. als Lösemittel für Proteine und als Reagens für chemische Prozesse eingesetzt. Im Zuge der EU-Chemikalienverordnung REACH wurde ein Mengenbereich von 1.000 bis 10.000 Tonnen TFA/Jahr angemeldet.

Strukturformel von Trifluoressigsäure

Das Vorkommen von Trifluoressigsäure bzw. ihrem Salz Trifluoracetat in Bayern wurde bereits Ende der 1990er Jahre untersucht. In der damaligen Studie wurde eine niedrige, aber flächendeckende Belastung des Regenwassers und der Oberflächengewässer mit TFA nachgewiesen. Ende 2016 gelangte TFA wieder in den Fokus der Umweltbehörden in Deutschland, als in Baden-Württemberg eine hohe TFA-Belastung in Gewässern und Trinkwasser festgestellt wurde, die auf industrielle Einleitungen in den Neckar zurückzuführen waren.

Das Landesamt für Umwelt (LfU) hat daraufhin umgehend mit der Etablierung eines selektiven und empfindlichen Analyseverfahrens mittels Hochleistungsflüssigchromatographie und Massenspektrometrie (LC-MS/MS) zum Nachweis von TFA begonnen und bereits Anfang 2017 erste orientierende Untersuchungen zur Belastung bayerischer Gewässer (Oberflächengewässer, Grundwasser) eingeleitet. Aufgrund der sehr hohen Polarität von TFA ist eine Sonderanalytik unter Verwendung einer speziellen Trennsäule erforderlich. Mit dieser Methode wird eine Bestimmungsgrenze von 0,10 µg/L in allen Matrices (Oberflächenwasser, Grundwasser, Regenwasser) sicher erreicht.

TFA gelangt über Kläranlagen, über Regenwasser (nach photochemischer Oxidation von fluorierten Kältemitteln wie R134a oder R1234yf), als Abbauprodukt von trifluormethylhaltigen Pflanzenschutz- und Arzneimittelwirkstoffen sowie aus natürlichen Quellen in die Umwelt.

TFA ist für Wasserorganismen wenig toxisch und es wurde eine Empfehlung für eine Jahresdurschnitts-Umweltqualitätsnorm (JD-UQN) gemäß Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) von 21 µg/L für Binnengewässer abgeleitet. Die Trinkwasserkommission am Umweltbundesamt hat 2020 einen gesundheitlichen Leitwert für Trinkwasser von 60 µg/L abgeleitet. Hinsichtlich des Minimierungsgebots wird empfohlen, im Trinkwasser eine Konzentration von 10 μg/L oder weniger anzustreben.

Seit 2017 wurden bereits mehr als 60 Fließgewässer auf das Vorkommen von TFA untersucht. Dabei werden meist Konzentrationen an TFA im Bereich von 0,5 bis 2 µg/L detektiert. Nur in Ausnahmefällen liegen an Messstellen unterhalb von einzelnen Direkteinleitern höhere Konzentrationen vor, die dann vereinzelt auch über der vorgeschlagenen JD-UQN von 21 µg/L liegen.

TFA ist auch in fast allen bisher untersuchten Grundwässern nachweisbar. In den Jahren 2017-2020 wurden 275 bayernweit verteilte Messstellen auf das Vorkommen von TFA untersucht. Der Medianwert aller derzeitigen Befunde liegt bei 1,05 µg/L, die Höchstkonzentration bei 11 µg/L und damit deutlich unterhalb des Leitwerts für Trinkwasser. Allerdings wird gleichzeitig der Grenzwert von 10 µg/L für nicht relevante Pflanzenschutzmittelmetaboliten vereinzelt überschritten. Erste Auswertungen der vorliegenden Ergebnisse zeigen eine Korrelation von TFA-Gehalten im Grundwasser mit dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln im Umfeld der Grundwassermessstellen.

In den Jahren 2018 und 2019 wurde an sieben bayernweit verteilten Messstellen (2 x Nordbayern, 3 x Donauebene, 2 x Alpenvorland, 28-Tages-Mischproben) das Vorkommen von TFA in der Deposition untersucht. In Regenwässern ist TFA an allen Messstellern in Konzentrationen bis zu rund 1 µg/L enthalten. Es ist daher von einem bayernweit ähnlichem Eintrag an TFA in die Fläche über die Deposition auszugehen. Die Konzentrationen sind im Jahresgang im Sommer – der Zeit der größten photochemischen Aktivität in der Atmosphäre - am höchsten, im Winter hingegen liegen die Konzentrationen an TFA oftmals unterhalb der Bestimmungsgrenze. Die Deposition von TFA erfolgt dabei nahezu ausschließend mittels nasser Deposition, der Stoff wird also mit dem Niederschlag aus der Atmosphäre ausgewaschen. Aus den Messwerten ergibt sich für Bayern durch Niederschläge ein jährlicher Eintrag von etwa 13 t TFA.

Mittlere Depositionsraten von TFA im Jahresverlauf 2019. Dabei liegt das Konzentrationsmaximum an TFA in der Deposition im Sommer

TFA gehört zur Stoffgruppe der sehr persistenten und sehr mobilen Verbindungen (vPvM-Stoffe), die bei der Bodenpassage kaum zurückgehalten oder abgebaut werden. vPvM-Stoffe verfügen deshalb grundsätzlich über ein hohes Gefährdungspotential für das Trinkwasser. Um das Trinkwasser in Zukunft vor solchen Stoffen besser schützen zu können, hat das Umweltbundesamt (UBA) einen Regulierungsvorschlag für diese Stoffgruppe innerhalb der europäischen Chemikalienverordnung REACH erarbeitet.