Bremst das PFAS-Verbot den Wärmepumpen- und Wasserstoff-Hochlauf?

PFAS sind per- und polyfluorierte Alkylverbindungen und stehen für eine Gruppe chemischer Stoffe, die wasser-, fett- und schmutzabweisend sowie chemisch und thermisch stabil sind. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie in zahlreichen Alltagsprodukten wie Kosmetika, Kochgeschirr wie z. B. antihaftbeschichteten Pfannen, Papierbeschichtungen, Textilien wie regenfester Kleidung oder Ski-Wachsen verarbeitet. Außerdem werden PFAS zur Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen, in Pflanzenschutzmitteln oder Feuerlöschmitteln verwendet.

Vor allem bei der Produktion sowie Entsorgung der Stoffe gelangen sie durch Abwasser und Abluft in die Umwelt. PFAS gelten auch als „Ewigkeitschemikalien“ oder „Jahrhundertgift“, weil sie schwer abbaubar sind. Menschen können PFAS vor allem über Lebensmittel aufnehmen. Die PFAS gelangen auf unterschiedliche Weise in unsere Nahrungskette: Sie sind in Böden, Trinkwasser, Futtermitteln und in Bedarfsgegenständen (Verpackungen unter anderem) nachweisbar.

Laut aktueller Kenntnisse der europäischen Lebensmittelbehörde EFSA sind vor allem tierische Lebensmittel mit PFAS belastet. Einige der Substanzen stehen im Verdacht, Nieren- und Hodenkrebs, Schilddrüsen-Erkrankungen oder Leberschäden zu verursachen.

Die Europäische Union plant daher einen umfassenden REACH-Beschränkungsprozess (Registration, Evaluation, Authorisation of Chemicals), welcher die Herstellung, das Inverkehrbringen und die Verwendung von PFAS innerhalb der EU verbieten soll.

Die nationalen Behörden Dänemarks, Deutschlands, der Niederlande, Norwegens und Schwedens haben der ECHA (European Chemical Agency) am 13.01.2023 einen Vorschlag zur Beschränkung von Per- und Polyfluoralkylstoffen (PFAS) im Rahmen von REACH, der Chemikalienverordnung der Europäischen Union (EU), vorgelegt, der nun dahingehend überprüft wird, ob die vorgeschlagene Beschränkung den rechtlichen Anforderungen von REACH entspricht.

Das Problem: Aufgrund ihrer thermodynamischen Eigenschaften werden auch künstliche Kältemittel aus der Stoffgruppe der PFAS, sogenannte F-Gase, als Kältemittel in Wärmepumpen verwendet. Auch wenn sich das Kältemittel in Wärmepumpen eigentlich in einem geschlossenen Kreislauf befindet, kann es dennoch zum Austritt kommen. Vor allem bei der Entsorgung.

Laut der Sendung Panorama vom 23.02.2023, die bezugnehmend auf eine Recherche von NDR, WDR und “Süddeutscher Zeitung“ (SZ) über das Verbot von PFAS-Chemikalien in Wärmepumpen berichtete, zeigten Dutzende interne Dokumente, die zwischen Regierung und Industrie ausgetauscht wurden und die Panorama vorliegen, dass sich u.a. der Bundesverband Wärmepumpen (BWP) dagegen wehre, dass der Einsatz dieses Giftes auch in Wärmepumpen verboten wird. Das Haupt-Argument der Lobby: Ohne F-Gase seien die Klimaziele und insbesondere der angestrebte Zubau von 500.000 Wärmepumpen pro Jahr nicht zu erreichen.

Dabei gibt es bereits Alternativen: Einige Hersteller von Wärmepumpen verwenden natürliche Kältemittel, wie das umweltfreundliche und energieeffiziente Kältemittel R290, auch bekannt als Propan. R290 enthält kein PFAS oder andere schädliche Chemikalien. Der Einsatz von insbesondere Luft/Wasser-Wärmepumpen auf Propan-Basis ist eine umwelt- und klimafreundliche Wahl, die durch den Verzicht auf schädliche Chemikalien auch die Sicherheit von Anwendern und Installateuren gewährleistet.

Propan ist allerdings brennbar und wird deshalb gemäß DIN EN 378 „Kälteanlagen und Wärmepumpen“ der höchsten Sicherheitsgruppe 3 zugeordnet. Die Innenaufstellung von z.B. Sole/Wasser-Wärmepumpen mit Propan ist daher derzeit noch in der Entwicklung.

Der Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie (BDH) hat nun offiziell zu den Vorwürfen Stellung bezogen. Die deutsche Heizungsindustrie unterstützt die Ziele des Umwelt- und Klimaschutzes und erweitert unter Hochdruck das Angebot von Wärmepumpen, die mit innovativen natürlichen und umweltfreundlichen Kältemitteln betrieben werden. Dazu investieren die Unternehmen in Milliardenhöhe in neue Modelle und den Ausbau von Produktionskapazitäten.

Um Rechtssicherheit hierfür zu schaffen, seien klare Regeln erforderlich. Ein realistischer politischer Fahrplan sollte die Hersteller unterstützen, natürliche Kältemittel für alle relevanten “Massenmarkt”-Anwendungen auf den Markt zu bringen – ohne Rückgriff auf umweltschädliche Kältemittel, einschließlich PFAS.

Der BDH plädiert daher u.a. für ein realistisches Timing für die Umsetzung des PFAS-Verbotes in Wärmepumpen: Der Kommissionsvorschlag sieht Verbote bereits ab 2025 vor – diese Vorgabe ist überambitioniert. Das Inkrafttreten sollte nicht vor dem 1.1.2028 erfolgen und es den Herstellern erlauben, Ersatz durch natürliche Kältemittel für alle relevanten Anwendungen bis 70 kW auf den Markt zu bringen – ohne Rückgriff auf umweltschädliche Kältemittel. State-of-the-art Sicherheitsstandards für innen- und außenaufgestellte Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln sind für diesen Leistungsbereich verfügbar.

Dabei sind Wärmepumpen nicht die einzige für eine Energiewende relevante Technologie, die von einem PFAS-Verbot beeinträchtigt wäre. Denn die einzigartigen chemisch-physikalischen Eigenschaften von PFAS machen sie auch unabdingbar sowohl für den Einsatz als Schlüsselkomponenten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen als auch im Bereich der Lithium-Batterien. Hier werden höchste Anforderungen an die chemische und thermische Beständigkeit gestellt, die bisher nur mit Hilfe der PFAS erfüllt werden können, so der Nationale Wasserstoffrat (NWR).

So werden PFAS in verschiedenen Schlüsselkomponenten von Brennstoff- und Elektrolysezellen verwendet. Dazu gehört beispielsweise die Protonenaustauschmembran, welche heute aus dem Polymer Perfluorsulfonsäure (PFSA, engl.: PerFluoro-Sulfonic Acid; Ein Repräsentant der PFAS-Stoffgruppe) besteht.

PFSA ist das protonenleitende Material in der Brennstoffzellen- und Elektrolysemembran und ermöglicht den Transport von Protonen bei gleichzeitiger räumlicher Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff bzw. deren Teilreaktionen. Die protonenleitende Polymermembran ist ein wesentliches Kernbauteil und daher für das Funktionieren einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle und einer Elektrolysezelle unbedingt erforderlich.

Derzeit gibt es laut NWR keine technisch ausgereiften Alternativen für diese Schlüsselkomponenten, denn nur PFSA-Ionomere haben beispielsweise in 3 Protonenaustauschmembranen die technologische Reife für diese Funktionen in der anspruchsvollen Umgebung einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs erreicht. Alternative Materialien auf Basis von nicht fluorierten Kohlenwasserstoffpolymeren sind in einem frühen Entwicklungsstadium und nicht für den kommerziellen Einsatz qualifizierbar, da verschiedene technische Parameter die der PFSA-Materialien nicht erreichen.

Da nach dem REACH-Beschränkungsprozess die EU-Kommission die Verwendung von Stoffen auf unterschiedliche Weise einschränken oder verbieten kann, fordert der NWR Ausnahmeregelungen nach dem Montreal-Protokoll bis Alternativen verfügbar sind. Darüber hinaus muss die Forschung im Bereich alternativer Materialien intensiviert werden, um Ersatz für PFAS bieten zu können.