Sarah Heilemann

Sarah Heilemann belegte von 2018 bis 2025 den Studiengang "Umweltschutztechnik". Ihre  herausragende Masterarbeit mit dem Titel "Untersuchung von entstehenden Transformationsprodukten in der Gasphase bei thermischen PFAS-Desorptionsexperimenten" wurde von Claus Haslauer und Anna Burkhardt (VEGAS) betreut.

Die Masterarbeit befasst sich mit einem hochaktuellen und gesellschaftlichen relevanten Thema im Bereich der Altlastensanierung und des Grundwasserschutzes und leistet einen Beitrag zum Verständnis thermischer Behandlungsverfahren für PFAS-kontaminierte Böden. Ein neuartiger Versuchsaufbau und eine neue Methodik wurden entwickelt und im Laufe des Projekts kontinuierlich weiterverfeinert. Die Arbeit liefert belastbare Erkenntnisse zum Verhalten verschiedener PFAS unter thermischer Behandlung und schafft zugleich eine wichtige Grundlage für weiterführende Untersuchungen.

Bei PFAS handelt es sich um eine Gruppe von Schadstoffen, die in den letzten Jahren im Bereich der Altlastensanierung zunehmend präsenter wird. Um PFAS aus der Umwelt zu entfernen, damit davon ausgehende gesundheitliche Gefährdungen für Menschen minimiert werden, wird an verschiedenen Ansätzen zur Sanierung geforscht. Mit dem Ziel die thermische Sanierung voranzutreiben, werden in dieser Masterarbeit Säulenversuche zur thermischen Desorption durchgeführt.

Um PFAS zu transformieren und den Einfluss verschiedener Versuchsbedingungen zu bewerten, wurde mit einer Heizlanze, die später durch einen Heizmantel ergänzt wurde, kontaminierter Sand erhitzt. Dabei floss Luft durch die Säule, die durch Leitung über Adsorptionskartuschen und Waschflaschen beprobt wurde. Zudem wurde das poröse Material vor und nach den Versuchen auf diverse PFAS analysiert, um einen Abbau oder eine Transformation zu erfassen.

Mit verschiedenen Temperatureinstellungen und PFAS wurde der Prozess der Transformation untersucht. In jedem Versuch wurde eine Substanz der PFAS ausgewählt und eine Startkonzentration auf dem Feststoff in für Feldkonzentrationen typischen Bereichen angestrebt. Es ist erkennbar, dass ein Schadstofftransport innerhalb der Säule insbesondere nach oben und außen stattfand. Zudem erfolgten eine Transformation und ein Abbau der Substanzen. Die Desorption vom Sand fand bei den erreichten Temperaturen statt. Temperaturen über dem Siedepunkt begünstigen diesen Vorgang stark. Bei den getesteten perfluorierten Carbonsäuren liefen diese Prozesse leichter ab als bei getesteten perfluorierten Sulfonsäuren. Nach diversen Versuchen konnte sowohl auf dem Sand als auch im XAD-Adsorptionsmaterial, in der Kondensationsprobe und in den Waschflaschenlösungen Transformationsprodukte erfasst werden. Demnach beginnen die Abbau- und Transformationsprozesse im Versuchsaufbau, laufen aber nicht vollständig ab. Der Nachweis von Fluorid impliziert eine Entstehung von Fluorid während der Transformation und deutet auf eine unimolekulare HF-Eliminierung hin. Aufgrund eines limitierten analysierbaren Katalogs der möglichen Reaktionsprodukte ist das Aufstellen einer Massenbilanz nicht möglich.

Als unerwartete Transformationsprodukte wurden in Versuchen mit PFOA und 8:2 diPAP schwefelhaltige PFAS festgestellt, obwohl in der Ausgangssubstanz kein Schwefel enthalten war. Eine Reaktion mit dem Edelstahl, das zu einem geringen Anteil aus Schwefel besteht, wird vermutet. Das spricht für die Entstehung reaktiver Abbauprodukte bei der thermischen Behandlung von PFAS. Bei entstandenen Substanzen, die längere perfluorierte Ketten als die Ausgangssubstanz enthalten, wird eine Rekombinierung abgespaltener Molekülteile und Fluorierung nicht perfluorierter Kohlenstoffatome vermutet.

Beim Präkusor 8:2 diPAP waren Transformationsprodukte identifizierbar. Das war aufgrund der schnell erfolgten Reaktion in anderen Studien zu thermischen Sanierungsansätzen nicht möglich. Die Präkursorverbindung Capstone B ließ keine Transformation unter den gegebenen Bedingungen zu.

Die Funktionalität des Versuchsstands ist durch den Nachweis diverser Transformationsprodukte sichergestellt. Das ermöglicht eine Übertragung des Aufbaus auf Versuche mit Bodenmaterial anstelle von Sand, sodass den realen Feldbedingungen einen Schritt nähergetreten wird.