ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien ELPOS läuft seit Oktober 1999 und wird durch das Umweltbundesamt (UBA) finanziert. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Untersuchung von quantitativen Kriterien für das Potential für Langstreckentransport und die Persistenz von organischen Verbindungen. Das Multimediamodell ELPOS-1.0 beschreibt chemische Abbau- und Transformationsprozesse. Es wurde zur Berechnung der allgemeinen Persistenz und der charakteristischen Transportzeit in der Luft verwendet. Diese beiden beschreibenden Größen berücksichtigen den Austausch zwischen und den Abbau in Transportmedien und sind unabhängig von den Emissionen. Physikalisch-chemische Labordaten und Abbauraten in der Umwelt von 65 zurzeit benutzten Pestiziden, 21 persistenten organischen Schadstoffen (POP) und 23 Industriechemikalien wurden zusammengestellt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Sensitivität hauptsächlich von den Eigenschaften der Chemikalien und einigen Umweltparametern abhängt. Die Reihenfolge der Chemikalien kann beeinflusst werden, wenn die Unsicherheit der Parameter berücksichtigt wird. Das gilt besonders, wenn bei der Sensitivitätsanalyse anstatt des Median das 90%-Perzentil verwendet wird. Das Modell wurde modifiziert, um die Temperaturabhängigkeit in einem Bereich zwischen 5°C und 30°C darzustellen. Die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz wiesen eine starke Abhängigkeit von der Temperatur auf. Die charakteristische Transportdistanz kann in Abhängigkeit von den chemischen Eigenschaften sowohl mit der Temperatur ansteigen als auch abnehmen, während die Aufenthaltszeit in jedem Fall invers mit der Temperatur korreliert. Die charakteristische Transportdistanz wurde mit gemessenen räumlichen Konzentrationsgradienten in der Umwelt verglichen. Monitoring-Daten von verschiedenen PCB-Kongeneren wurden entlang eines Nord-Süd-Transektes erhoben und zeigten die gleiche Reihenfolge von Chemikalien, wie sie anhand der charakteristischen Transportdistanz vorhergesagt wurde. Unter Berücksichtigung der Unsicherheit und den begrenzten Möglichkeiten von ELPOS kann die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz der Analyse, Reihung und Begutachtung von Substanzen hinsichtlich Persistenz und Potential für Langstreckentransport dienlich sein. So wurden durch Begutachtung der derzeit benutzten Pestizide einige Kandidaten für weitere Untersuchungen und Maßnahmen identifiziert.
PFAS-haltige Pestizide, die in der Landwirtschaft großflächig eingesetzt werden, rücken vermehrt in den Fokus. Trotz wirksamer Schädlingsabwehr haben sie negative Folgen für Umwelt und Gesundheit, etwa durch das stabile Abbauprodukt Trifluoracetat (TFA), das sich in Gewässern anreichert und kaum entfernbar ist. Die Regulierung dieser Stoffe kann lange dauern, wie am Wirkstoff Flufenacet zu sehen. Ob Weizen oder Kartoffeln, landwirtschaftliche Pestizide – auch Pflanzenschutzmittel genannt – schützen die Ernte vor Pilzbefall, unerwünschten Beikräutern und weiteren Schädlingen und Krankheiten. Da etwa die Hälfte Deutschlands aus Ackerland besteht, werden diese Chemikalien großflächig in unsere Umwelt eingebracht. Dort können sie sich im Boden anlagern, über Regen und Versickerung in Flüsse und Grundwasser gelangen sowie über die Nahrungskette in Organismen anreichern. Doch ihre Wirkung bleibt nicht auf Schadorganismen beschränkt: Auch sogenannte Nichtzielorganismen werden gefährdet, was die biologische Vielfalt beeinträchtigt. PFAS -haltige Pestizide sind solche, die Wirkstoffe mit einer C-CF2 oder C-CF3-Gruppe im Molekül besitzen. Die Bausteine werden eingesetzt, um die Anwendungseigenschaften und Wirksamkeit von Pestiziden zu verbessern. Sie sind wasser- und fettlöslich und erleichtern dadurch den Transport der Wirkstoffe innerhalb der Pflanze. Ebenso trägt die Langlebigkeit der PFAS dazu bei, dass die Mittel länger wirksam bleiben und in geringerer Menge angewendet werden müssen. Dies hat mutmaßlich dazu geführt, dass der Anteil an fluorierten Stoffen unter den Pestiziden stark zugenommen hat und zu einer besseren Schädlingsbekämpfung und höheren Produktivität beitrug. Doch die Konsequenzen für Umwelt und Gesundheit rücken zunehmend in den Fokus: Dazu gehören schädliche Auswirkungen auf Nichtzielorganismen, wie Beeinträchtigungen des Hormonsystems, der Fruchtbarkeit und des Immunsystems. Dennoch ist das Wissen über die Auswirkungen in komplexen Ökosystemen noch begrenzt. Der Blick auf Deutschland zeigt: Von den 278 hier zugelassenen Wirkstoffen enthalten drei Wirkstoffe eine C-CF2-Gruppe und 29 eine C-CF3-Gruppe. Damit sind 11,5 Prozent der auf dem deutschen Markt zugelassenen Wirkstoffe PFAS. Während bei den Substanzen mit C-CF2-Gruppe der jeweilige Wirkstoff oft selbst langlebig ist, kann sich bei Wirkstoffen mit C-CF3-Gruppe als finales Abbauprodukt das persistente Trifluoracetat (TFA) bilden. Lange galt TFA als toxikologisch unauffällig, bis der Stoff durch neue Erkenntnisse Anfang 2024 als fortpflanzungsgefährdend bewertet wurde. Doch auch darüber hinaus ist TFA kritisch für die Umwelt, wie ausführlicher im TFA-Hintergrundpapier sowie im Abschlussbericht eines TFA-Gutachtens zur räumlichen Analyse dargestellt. TFA bildet sich aus einer Vielzahl an fluorierten Substanzen – nicht nur aus Pestiziden, sondern auch aus Kältemitteln von Klimaanlagen, Arzneimitteln oder industriellen Prozessen. Der Stoff ist einer der stabilsten organischen Verbindungen und baut sich in der Umwelt nicht weiter ab. Da er extrem wasserlöslich ist, verbreitet er sich über Versickerung und Oberflächenabfluss von landwirtschaftlichen Flächen schnell über den Wasserkreislauf. Über industrielle Abwässer wird TFA in die Flüsse geleitet, während sich TFA durch den Abbau fluorierter Gase weit in der Atmosphäre verteilt – und über Niederschläge wieder auf die Erde gelangt. Es gibt praktisch keine Methoden, die Substanz wieder aus der Umwelt zu entfernen, wodurch sich TFA immer weiter anreichert. Bereits heute ist TFA überall zu finden: im Ozean, in Flüssen, Seen, Grundwasser, Böden, Feldfrüchten, Tee, Bier und Leitungswasser. Eine interaktive TFA-Karte zeigt die Konzentrationen in Gewässern: Dabei sind im Oberflächengewässerbereich vor allem Hot Spots entlang der Flüsse zu sehen, während die Belastung im Grundwasser flächenhafter verteilt ist. Letztere ist durch den flächenhaften Eintrag landwirtschaftlicher Pestizide zu erklären. TFA tauchte in der Pflanzenschutzmittelbewertung erstmals als Abbauprodukt der Wirkstoffe Flurtamone und Flufenacet auf. Es zeigte sich, dass für diesen Metaboliten kein Abbau im Labor nachgewiesen werden konnte und gleichzeitig hohe Einträge ins Grundwasser modelliert wurden – wodurch sich Herausforderungen für den Grund- und Trinkwasserschutz ergeben. In einigen Gebieten arbeiten Wasserversorger und Landwirtschaft zusammen, um den Eintrag von TFA ins Grundwasser durch Pflanzenschutzmittel zu vermindern. Nach einem langjährigen Wiedergenehmigungsprozess erhielt Flufenacet im Frühjahr 2025 keine erneute Genehmigung. Ausschlaggebend waren neu nachgewiesene hormonschädigende Eigenschaften des Wirkstoffs sowie neue Erkenntnisse zu den reprotoxischen Eigenschaften seines Abbauprodukts TFA. Obwohl der Wirkstoff bereits 2004 als Substitutionskandidat eingestuft wurde – und damit als besonders bedenklich für die Umwelt und/oder menschliche Gesundheit gilt und nach sieben Jahren erneut überprüft werden muss – sind seit der letzten Prüfung 22 Jahre vergangen. Unter den potentiell TFA-bildenden Wirkstoffen verzeichnete Flufenacet die höchsten Absatzzahlen und den höchsten Zuwachs – mit einem Absatzanstieg von 85 Prozent zwischen 2008 und 2023. Doch auch weitere Wirkstoffe haben das Potenzial, große Mengen TFA freizusetzen, darunter Diflufenican, Fluazinam und Fluopyram. Nicht für alle Wirkstoffe mit C-CF3-Gruppe konnte die Bildung von TFA im Labor nachgewiesen werden. Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass TFA nicht gebildet wird. Sein Nachweis ist mit bisherigen Methoden nicht immer möglich. Es braucht ein angepasstes Studiendesign, um TFA tatsächlich messen zu können. Gemäß eines PFAS-Beschränkungsvorschlag auf EU-Ebene soll ein Großteil der PFAS aus der Herstellung und Verwendung genommen werden – und nur noch dort zum Einsatz kommen, wo die nützlichen Eigenschaften der Stoffe die Nachteile für Mensch und Umwelt überwiegen, beispielsweise in medizinischen Produkten. Pestizide sind von diesem Beschränkungsvorschlag ausgenommen, da sie tendenziell über die Pflanzenschutzmittelverordnung (Verordnung (EG) 1107/2009) reguliert werden können. Aktuell sieht die Verordnung jedoch nicht direkt vor, Pestizide aufgrund ihrer Eigenschaft als PFAS oder ihrer hohen Persistenz zu regulieren. National können solche Regelungen durchaus etabliert werden. Ein Blick nach Dänemark zeigt, dass dort keine Zulassungen für Pflanzenschutzmittel mit sehr beständigen Wirkstoffen (mit Halbwertszeiten von mehr als 180 Tagen) erteilt werden.
Durch die Pflanzenschutz-Anwendungsverordnung hat sich die Umweltbelastung mit chlororganischen Pestiziden deutlich verringert. Dieldrin findet sich nur noch vereinzelt in niedrigen Konzentrationen. Dagegen ist DDT nach wie vor nachweisbar, wobei Umweltproben aus den neuen Bundesländern deutlich höhere Gehalte an DDT und DDE aufweisen als Proben aus Westdeutschland. Zahlreiche chlororganische Pestizide wie Aldrin, Dieldrin, Heptachlor und Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT) wurden bereits in den 1970er bis frühen 1980er Jahren in der Bundesrepublik Deutschland aufgrund ihrer hohen Toxizität, ihrer Persistenz und ihres Biomagnifikationspotenzials verboten. Seit dem 22.11.1992 wird dieses vollständige Anwendungsverbot durch die Pflanzenschutz-Anwendungsverordnung vom 10.11.1992 geregelt. Dieldrin, zum einen Abbauprodukt von Aldrin zum anderen direkt als Schädlingsbekämpfungsmittel eingesetzt, ist in terrestrischen und limnischen-Ökosystemen nur noch vereinzelt nachzuweisen. In marinen Ökosystemen stagnieren die Dieldrinkonzentrationen auf einem sehr niedrigen Niveau. DDT ist nach wie vor in der Umwelt präsent, wobei Umweltproben aus den neuen Ländern deutlich höher mit DDT und seinen Metaboliten kontaminiert sind als Umweltproben aus den alten Ländern. Hier spiegelt sich in allen beprobten Ökosystemtypen auch Jahre nach den erfolgten Anwendungsverboten die ursprünglich unterschiedliche Emissionssituation in den alten und neuen Ländern wider. DDT wurde 1972 in der Bundesrepublik Deutschland und 1971 bis 1988 sukzessive in der DDR verboten.
Der Einsatz von Pestiziden ist in der Landwirtschaft weit verbreitet. Mineralisierung von Pestiziden findet im Boden hauptsächlich durch aerobe mikrobielle Prozesse statt. Bereiche hoher mikrobieller Aktivität im Boden schließen die Drilosphäre mit ein, d.h. Gänge, Darminhalt und Kot von Regenwürmern. Das Treibhausgas Distickstoffmonoxid (N20) wird in der Drilosphäre durch die dort ablaufenden Nitrifikation und Denitrifikation gebildet, welche von Pestiziden beeinflußt werden können. Allerdings sind die physikalisch-chemischen Parameter, aerobe und anaerobe Pestizid Abbauwege, sowie die Pestizid-abbauenden Mikroorganismen in der Drilosphäre nur wenig untersucht. Der Einfluß von Pestiziden und deren Abbauprodukte auf die Nitrifikation und Denitrifikation in der Drilosphäre sind größtenteils unbekannt. Daher sollen die folgenden Hypothesen mit Hilfe von Regenwürmer-enthaltenden Bodensäulen getestet werden: (i) In der Drilosphäre kommen bislang unbekannte, hoch aktive Prokaryotcn vor, die Phenoxyessigsäure Herbizide und deren Abbauprodukte umsetzen; und (ii) Phenoxyessigsäure-Herbizide und deren Abbauprodukte inhibieren die N20-Bildung und das Wachstum von bislang unbekannten Nitrifikanten und Denitrifikanten in der Drilosphäre. Zwischen- und Abbauprodukte sollen mit Hilfe von Gaschrornatographie (GC) und Hochdruckflüssigkeitschromatographie- Massenspektrometrie (H PLC-MS) bestimmt werden. 16S rRNA und mRNA basiertes 'Stable Isotope Probing', Quantifizierung funktioneller Gene mittels quantitativer 'real time' PCR (qPCR), 'Most Probable Number' (MPN) Analysen und zielgerichtete Isolierungsmethoden sollen zur Identifikation und Charakterisierung der prozeß-assoziierten, mikrobiellen Populationen und Mikroorganismen eingesetzt werden