Veranlassung
Es fehlen schnelle und vor allem feldtaugliche Methoden zur Detektion von PFAS in der Umwelt, um so zeitnah Maßnahmen zur Minderung von PFAS-Kontaminationen durchzuführen oder den Erfolg von Minderungsmaßnahmen zu beurteilen. Entsprechende Methoden können ebenso helfen, die Prozesssteuerung einer Abwasserbehandlung zur Entfernung von PFAS z. B. durch eine Aktivkohlebehandlung zu optimieren. Das Projekt PFASense hat sich zum Ziel gesetzt, eine solche Methode zu entwickeln. Hierzu werden Elektroden hergestellt, die a) entweder für eine spezifische Detektion perflourierter Verbindungen oberflächenmodifiziert sind und b) biologische Effekte, die durch perflourierte Verbindungen hervorgerufen werden können, mit mikrobiellen Bioreportern elektrochemisch erfassen. Mit den individuellen Signalen der einzelnen Elektroden wird eine KI trainiert und auf diese Weise ein Sensor-Array zur sensitiven Detektion der großen Stoffgruppe der perfluorierten Verbindungen in Umweltproben entwickelt.
Ziele
- a. Design und Herstellung von molekular geprägten Membranen zur Anreicherung spezifischer PFAS.
- b. Design und Herstellung elektrochemischer, bakterieller Biosensoren zur Detektion biologischer Effekte, die durch PFAS hervorgerufen werden.
- c. Design und Herstellung elektrochemischer, hefebasierter Biosensoren zur Detektion einer Veränderung der Thyroid-Signalkaskade durch PFAS.
- d. Design und Herstellung eines intelligenten elektrochemischen Sensors für die direkte chemische Detektion von PFAS mittels KI-gestützter Datenauswertung.
- e. Konstruktion eines mikrofluiden multi-Sensor-Arrays unter Nutzung der in a. bis d. entwickelten Komponenten.
- f. Validierung und Eignungstestung des entwickelten Sensor-Arrays mittels Einzelsubstanzen, Substanzmischungen sowie dotierten und undotierten Realproben mit einem Fokus auf industriellen Abwässern.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer innovativen technologischen Lösung für die folgende Fragestellung: Wie kann man zeitnah Informationen über die Qualität von z. B. Abwässern erhalten, ohne auf verzögert zur Verfügung stehende, analytische Informationen aus einem Labor angewiesen zu sein?
Dieser Bedarf an zeitnahen Informationen für eine Bewertung von Abwasser und Wasserproben kann perspektivisch mittels eines bio-elektrochemischen Sensorarrays gedeckt werden, der im Rahmen des Projekts für den Nachweis von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) entwickelt wird. PFAS werden in zahlreichen Produkten verwendet, darunter wässrige filmbildende Schäume für die Brandbekämpfung, antihaftbeschichtetes Kochgeschirr, Lebensmittelverpackungen, wasserabweisende Stoffe, medizinische Geräte, Kunststoffe und Lederprodukte. PFAS werden jedoch mit verschiedenen, toxikologisch relevanten Effekten in Verbindung gebracht, wie mit veränderten Immun- und Schilddrüsenfunktionen, Leber- und Nierenerkrankungen, Lipid- und Insulinstörungen, Fortpflanzungs- und Entwicklungsstörungen oder auch der Krebsentstehung. Als unmittelbare Folge dieser Gesundheitsrisiken hat die Europäische Kommission einen Vorschlag zur Überarbeitung der Liste der prioritären Stoffe in Oberflächengewässern angenommen, unter denen 24 Verbindungen zur Gruppe der PFAS gehören.
Die Grundlage für Leben auf der Erde sind intakte Ökosysteme. Daher stellt die Umsetzung von SDG 15 'Leben an Land' eines der zentralen Ziele der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung auf EU-Ebene dar. Aktuelle Bestandsaufnahmen (z.B. Eurostat 2020) zeigen, dass die EU in den letzten 5 Jahren nur moderate Fortschritte bei der Umsetzung von SDG 15 erzielt hat und so ist der Zustand der Ökosysteme sowie der Biodiversität in der EU besorgniserregend. Die EU-Mitgliedsstaaten sind derzeit noch weit davon entfernt, ihre hier gesteckten Ziele zu erreichen. Eines der Ziele des 'European Green Deal' der Europäischen Kommission ist der Erhalt und die Wiederherstellung von Ökosystemen und Biodiversität. Vor diesem Hintergrund wurden eine Reihe von Strategien angekündigt oder bereits veröffentlicht, welche einen Beitrag zur Erreichung von SDG 15 leisten sollen, wie z.B. die 'EU-Biodiversitätsstrategie für 2030', die 'Vom Hof auf den Tisch'-Strategie, oder die neue 'EU-Forststrategie' oder die Aktualisierung der EU-Bodenschutzstrategie. Andere Maßnahmen, wie die Gemeinsame Agrarpolitik der EU, stehen diesem Ziel eher entgegen). Inwieweit die EU die Umsetzung von SDG 15 auch in den Mittelpunkt ihrer Green Recovery Programme stellt (sowohl in Bezug auf Maßnahmen innerhalb der EU als auch innerhalb ihrer weltweiten Wertschöpfungsketten), ist derzeit noch offen. Mit diesem Vorhaben sollen die unterschiedlichen und sich teilweise widersprechenden Ziele, Strategien, und Maßnahmen, Instrumente und Indikatoren auf EU-Ebene untersucht werden und Ansatzpunkte für eine kohärente und wirksame Umsetzung der Maßnahmen zur Erreichung von SDG 15 bis 2030 identifiziert werden. Neben der Analyse der Strategien und Maßnahmen sollen mit Hilfe eines Stakeholder-Mappings zunächst relevante Akteursgruppen in der EU identifiziert werden. Durch Leitfadeninterviews und Workshops soll untersucht werden, welche Akteure welche Maßnahmen zur Umsetzung von SDG 15 auf vers. Ebenen erfolgreich durchführen.
Die Grundlage für Leben auf der Erde sind intakte Ökosysteme. Daher stellt die Umsetzung von SDG 15 'Leben an Land' eines der zentralen Ziele der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung auf EU-Ebene dar. Aktuelle Bestandsaufnahmen (z.B. Eurostat 2020) zeigen , dass die EU in den letzten 5 Jahren nur moderate Fortschritte bei der Umsetzung von SDG 15 erzielt hat und so ist der Zustand der Ökosysteme sowie der Biodiversität in der EU besorgniserregend. Die EU-Mitgliedsstaaten sind derzeit noch weit davon entfernt, ihre hier gesteckten Ziele zu erreichen. Eines der Ziele des 'European Green Deal' der Europäischen Kommission ist der Erhalt und die Wiederherstellung von Ökosystemen und Biodiversität. Vor diesem Hintergrund wurden eine Reihe von Strategien angekündigt oder bereits veröffentlicht, welche einen Beitrag zur Erreichung von SDG 15 leisten sollen, wie z.B. die 'EU-Biodiversitätsstrategie für 2030', die 'Vom Hof auf den Tisch'-Strategie, oder die neue 'EU-Forststrategie' oder die Aktualisierung der EU-Bodenschutzstrategie. Andere Maßnahmen, wie die Gemeinsame Agrarpolitik der EU, stehen diesem Ziel eher entgegen). Inwieweit die EU die Umsetzung von SDG 15 auch in den Mittelpunkt ihrer Green Recovery Programme stellt (sowohl in Bezug auf Maßnahmen innerhalb der EU als auch innerhalb ihrer weltweiten Wertschöpfungsketten), ist derzeit noch offen. Mit diesem Vorhaben sollen die unterschiedlichen und sich teilweise widersprechenden Ziele, Strategien, und Maßnahmen, Instrumente und Indikatoren auf EU-Ebene untersucht werden und Ansatzpunkte für eine kohärente und wirksame Umsetzung der Maßnahmen zur Erreichung von SDG 15 bis 2030 identifiziert werden. Neben der Analyse der Strategien und Maßnahmen sollen mit Hilfe eines Stakeholder-Mappings zunächst relevante Akteursgruppen in der EU identifiziert werden. Durch Leitfadeninterviews und Workshops soll untersucht werden, welche Akteure welche Maßnahmen zur Umsetzung von SDG 15 auf vers. Ebenen erfolgreich durchführen.
Der Datenaustausch zwischen dem Bund, den Ländern und den Kommunen erfolgt in der Regel nur punktuell und teilweise nur auf Anfrage. Im Sinne der im Koalitionsvertrag (S. 41) geforderten Verbesserung der Wissensbasis zu den Gewässerqualitäten in Deutschland soll eine bundesweite digitale Plattform etabliert werden, um eine bessere Wissensbasis für Wissenschaft, Praxis und Öffentlichkeit zu schaffen und den stoff- und wasserrechtlichen Vollzug zu unterstützen. Die Verbesserung des Datenaustauschs in technischer, inhaltlicher und organisatorischer Form dient zudem dem Aufbau eines europäischen Umweltdatenraums i.S.d. Europäischen Datenstrategie und folgt der Forderung des Grünen Deal der Europäischen Kommission zur Schaffung und Öffnung des Zugangs zu interoperablen Daten. Er ist damit zugleich Voraussetzung für ein effizientes und effektives Monitoring der Ziele des 8. Umweltaktionsprogramms der EU. Im Rahmen des Vorhabens soll eine digitale Plattform entwickelt werden, die bestehende bundesweit verfügbare Teildatenbestände wasserbezogener Umweltzustandsdaten vereinigt und nutzergerecht visualisiert. Die Anwendung soll gleichermaßen eine einfache Nachnutzung aller bundesweit verfügbaren Wasserqualität ermöglichen sowie eine nutzergerechte und moderne Visualisierung in Form von interaktiven Kartenprodukten, Zeitreihen und statistischen Kenngrößen beinhalten (Desktopversion und Mobile Web-Applikation). Die Anwendung soll an die UBA-Website gekoppelt und in Anlehnung an das FIS 'Wasser & Boden' (FKZ: 3720122020) des UBA entwickelt werden.