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Beitrag zu einer sicheren Gesellschaft durch die praktische Umsetzung von Technologien zur PFAS-Zersetzung und PFAS-Sanierungslösungen unter Einsatz physischer KI
Die Hitachi High-Tech Corporation ("Hitachi High-Tech") und FUST Lab Co., Ltd. ("FUST Lab") haben im Rahmen des Demonstrationsprojekts des japanischen Umweltministeriums zur Erprobung von Technologien zur Reduzierung der PFOS- und PFOA-Konzentrationen aus dem Nachtragshaushalt für das Haushaltsjahr 2024*1 zusammengearbeitet und die Wirksamkeit einer Technologie zur Zersetzung von PFAS (per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen) unter Einsatz der von FUST Lab entwickelten Ultraschall-Zersetzungsanlagen erfolgreich nachgewiesen ("diese Demonstration").
PFAS sind eine Gruppe chemischer Substanzen mit Eigenschaften wie Hitze- und Wasserbeständigkeit. Zu den bekanntesten Vertretern gehören PFOS und PFOA. Aufgrund ihrer äußerst stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen sind PFAS nur schwer abbaubar und werden daher auch als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet. Wegen ihrer hohen Beständigkeit verbleiben diese Stoffe über lange Zeiträume in der Umwelt. Die weitverbreitete Verunreinigung von Trinkwasser, Grundwasser und Böden durch PFAS ist zu einem globalen Problem geworden. Im Rahmen dieser Demonstration wurde das ursprüngliche Ziel erreicht, die Gesamtkonzentration von PFOS und PFOA auf höchstens 50 ng/L zu reduzieren. Zudem wurde nachgewiesen, dass die bereits im Ausland eingesetzte Ultraschalltechnologie zur PFAS-Zersetzung auch in Japan im Labormaßstab stabil funktioniert.
Auf Grundlage der im Rahmen dieser Demonstration gewonnenen Ergebnisse werden Hitachi High-Tech und FUST Lab ihre Aktivitäten zur Entwicklung von PFAS-Sanierungslösungen beschleunigen, bei denen aus Produkten gewonnene Daten mit fortschrittlicher künstlicher Intelligenz kombiniert werden, und deren praktische Umsetzung in der Gesellschaft vorantreiben.
*1 Das japanische Umweltministerium führte dieses Projekt durch, um Erkenntnisse über die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit von Technologien zu sammeln, die zur Reduzierung der PFOS- und PFOA-Konzentrationen beitragen. Die Projektergebnisse wurden in Form eines technischen Kompendiums veröffentlicht. (Quelle: Umweltministerium, Japan)
Hintergrund und gesellschaftliche Bedeutung
In den vergangenen Jahren wurden die PFAS-Vorschriften in zahlreichen Ländern verschärft, da die Besorgnis über ihre Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zunimmt. In Japan gilt seit April 2026 für die Gesamtkonzentration von PFOS und PFOA ein Trinkwassergrenzwert von 50 ng/L*2. Wasserversorgungsunternehmen und andere Betreiber sind verpflichtet, die Wasserqualität zu überwachen und diesen Grenzwert einzuhalten. Da in Zukunft mit einer weiteren Verschärfung der Vorschriften und Maßnahmen zu rechnen ist, besteht ein dringender Bedarf, zuverlässige und nachhaltige Technologien zur Behandlung von PFAS zu etablieren und praktisch in der Gesellschaft einzusetzen. Bisher wurden PFAS hauptsächlich durch Adsorption an Aktivkohle oder Ionenaustauscherharze aus dem Wasser entfernt. Die anschließende Behandlung der abgetrennten und entfernten PFAS stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar. Deshalb wächst die Nachfrage nach Technologien, mit denen PFAS grundlegend zersetzt werden können.
*2 Basierend auf der am 30. Juni 2025 vom japanischen Umweltministerium erlassenen Ministerialverordnung zur teilweisen Änderung der Verordnung über Trinkwasserqualitätsstandards.
Überblick über die Demonstration
Bei dieser Demonstration kam die von FUST Lab entwickelte fokussierte Ultraschalltechnologie zur Erzeugung von Kavitation*3 im Frequenzbereich von 400 kHz („diese Technologie“) zum Einsatz. Auf Grundlage der von Hitachi High-Tech über viele Jahre aufgebauten Kenntnisse und technischen Kompetenzen in den Bereichen Beobachtung, Messung und Analyse konnte der gesamte PFAS-Zersetzungsprozess in Form von Daten erfasst werden. Die Abläufe von der Messung bis zur Auswertung wurden dabei integriert durchgeführt. Mithilfe von Ultraschall werden im Wasser Mikrobläschen erzeugt. Wenn diese Bläschen kollabieren, entstehen lokal hohe Temperaturen und Drücke sowie Radikalspezies*4. Dadurch werden die stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen der PFAS chemisch gespalten und deren Zersetzung gefördert. Die Technologie zeichnet sich dadurch aus, dass sie ohne den Einsatz chemischer Mittel physikalische und chemische Effekte kombiniert und dadurch eine höhere Reaktionseffizienz erreicht. Sie reduziert zudem die Konzentration in gemischt kontaminiertem Wasser, das kurzkettige PFAS enthält, die als besonders hydrophil und schwer abbaubar gelten. Daher wird erwartet, dass sich damit Behandlungsprozesse realisieren lassen, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Energieeffizienz und Umweltbelastung bieten.
Darüber hinaus wurde unter Nutzung der Kenntnisse und technischen Kompetenzen von Hitachi High-Tech und in Zusammenarbeit mit der Chuo University eine quantitative Analyse von 25 PFAS-Arten vor und nach der Zersetzungsbehandlung durchgeführt. Mithilfe einer Non-Target-Analyse*5 konnten zudem Nebenprodukte erfasst, der Mechanismus des Stoffabbaus – der sogenannte Zersetzungsmechanismus – untersucht und die Reaktionen bewertet werden.
*3 Kavitation: Ein physikalisches Phänomen, bei dem sich aufgrund von Druckschwankungen in strömenden Flüssigkeiten innerhalb kurzer Zeit Bläschen bilden und anschließend wieder kollabieren.
*4 Radikalspezies: Teilchen mit einem ungepaarten Elektron, die instabil und besonders reaktionsfreudig sind. Elektronen liegen normalerweise paarweise in einem stabilen Zustand vor. Da Radikalspezies jedoch instabil sind, eignen sie sich besonders zur Förderung der PFAS-Zersetzung.
*5 Non-Target-Analyse: Eine Methode zur umfassenden Analyse einer Vielzahl von Komponenten, ohne die zu untersuchenden Zielsubstanzen im Voraus festzulegen.
Wichtigste Ergebnisse der Demonstration
Im Rahmen von Labortests wurde die Zersetzungsbehandlung an tatsächlich kontaminiertem Wasser durchgeführt. Dabei wurden sowohl Wasser mit hohen Konzentrationen langkettiger PFAS als auch gemischt kontaminiertes Wasser mit kurzkettigen PFAS untersucht. Durch den Einsatz dieser Technologie konnte die Gesamtkonzentration von PFOS und PFOA auf höchstens 50 ng/L reduziert werden. Damit wurde der vom japanischen Umweltministerium festgelegte Trinkwassergrenzwert eingehalten. In hoch konzentriertem kontaminiertem Wasser wurde unter den Bedingungen dieser Demonstration eine Konzentrationsreduktion von bis zu etwa 99,98 % bestätigt. Auch bei einem breiten Spektrum von Verbindungen, darunter sowohl langkettige als auch kurzkettige PFAS, zeigte die Technologie eine hohe Zersetzungsleistung. Damit wurde nachgewiesen, dass es sich um eine umfassende Technologie handelt, mit der mehrere Verbindungen gleichzeitig behandelt werden können.
Darüber hinaus zeigte die Non-Target-Analyse den Verlauf der Zersetzung, einschließlich der Bildung anorganischer Fluoridionen, die infolge der PFAS-Zersetzung zu erwarten sind. Damit konnte wissenschaftlich bestätigt werden, dass die Technologie die betreffenden Substanzen nicht lediglich abtrennt, sondern sie auf molekularer Ebene zersetzt.
Ausblick
Auf Grundlage der bei dieser Demonstration gewonnenen Ergebnisse werden Hitachi High-Tech und FUST Lab die Anwendung der Technologie unter realen Umweltbedingungen weiter untersuchen. Dazu werden die Beobachtungs- und Analysetechnologien von Hitachi High-Tech mit der PFAS-Zersetzungstechnologie von FUST Lab kombiniert. Ziel ist es, die Anwendbarkeit der Technologie unter unterschiedlichen Wasserqualitätsbedingungen und Einsatzszenarien zu verbessern. Gleichzeitig sollen die Prozessstabilität und Zuverlässigkeit entlang der für die PFAS-Sanierung erforderlichen Prozesskette – von der Detektion über die Entfernung und Zersetzung bis zur Entsorgung – erhöht werden. Durch den Aufbau von Lösungen, die auch die operative Unterstützung von der Detektion bis zur Entsorgung berücksichtigen, wollen beide Unternehmen zum Erhalt einer nachhaltigen Wasserumwelt und zur Verwirklichung einer sicheren Gesellschaft beitragen.
Über Hitachi High-Tech
Hitachi High-Tech stellt Gesellschaft und Kunden fortschrittliche Technologien, Produkte und Dienstleistungen zur Verfügung. Grundlage dafür ist die Unternehmensvision „Changing the World and Future with the Power of Knowledge“. Das Unternehmen leistet damit einen Beitrag zu einer nachhaltigen globalen Umwelt, einem gesunden, sicheren und geschützten Leben sowie zur kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Industrie. Im Gesundheitsbereich produziert und vertreibt Hitachi High-Tech klinische Analysegeräte, biotechnologische Produkte und Strahlentherapiesysteme. Im Halbleiterbereich bietet das Unternehmen Anlagen zur Halbleiterfertigung und -inspektion an. Darüber hinaus entwickelt und vertreibt Hitachi High-Tech Analysesysteme und Elektronenmikroskope, die unter anderem in der Umwelt- und Materialforschung eingesetzt werden. Das Unternehmen ist weltweit in zahlreichen weiteren Geschäftsfeldern tätig und stellt hochwertige Lösungen für Batterien, Kommunikationsinfrastrukturen, die Inspektion von Eisenbahnanlagen, digitale Technologien sowie andere industrielle und gesellschaftliche Infrastrukturbereiche bereit. Durch ein tiefgreifendes Verständnis der Herausforderungen von Gesellschaft und Kunden entwickelt Hitachi High-Tech entsprechende Lösungen und trägt damit zur Verwirklichung einer nachhaltigen Gesellschaft bei. Der konsolidierte Umsatz des Unternehmens belief sich im Geschäftsjahr 2025 auf rund 821,7 Milliarden JPY.
Weitere Informationen finden Sie unter https://www.hitachi-hightech.com/global/en/
Über FUST Lab
FUST Lab Co., Ltd. ist ein Technologieunternehmen, das auf einer innovativen Ultraschallplattform basiert, die seit 2008 am Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), einem staatlichen Forschungsinstitut der Republik Korea, erforscht und entwickelt wird. Die japanische Tochtergesellschaft hat ihren Hauptsitz in Toranomon, Minato-ku, Tokio, und betreibt aktiv Geschäftsentwicklung und Forschung, vor allem über ihre Forschungseinrichtung in Tsukuba in der Präfektur Ibaraki. Mithilfe seiner proprietären Ultraschalltechnologie entwickelt das Unternehmen Verfahren zur Zersetzung und Entgiftung von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS). Darüber hinaus bietet FUST Lab verschiedene Lösungen im Bereich der Nanomaterialien an, darunter die Herstellung tensidfreier Nanoemulsionen.
▶ Offizielle Pressemitteilung von Hitachi High-Tech: https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/news/nr20260804.html
