Windräder ohne PFAS: Warum der Ausstieg oft nicht am Material scheitert
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Ewigkeitschemikalien
Stand: 31.07.2026 13:10 Uhr
Seit die EU über eine weitreichende Beschränkung der Ewigkeitschemikalien PFAS diskutiert, warnt die Industrie vor einer Vollbremsung für die Energiewende: Für viele Anwendungen gebe es schlicht keinen Ersatz. PFAS senken Reibung, schützen vor Verschleiß und halten dicht, wo es heiß und schmutzig wird. Sie durch einen Hochleistungskunststoff zu ersetzen, klingt einfach – scheitert aber daran, dass ein tonnenschweres Bauteil dafür komplett in einen Ofen müsste. Forscher des Fraunhofer ILT umgehen das Problem mit Laserstrahlen.
von MDR WISSEN / RR
Ohne PFAS keine Windräder, keine Energiespeicher, keine E-Autos, keine Halbleiter: Mit diesem Argument gehen Industrieverbände seit Jahren gegen den Vorschlag der Europäischen Chemikalienagentur ECHA vor, die Stoffgruppe europaweit weitgehend zu beschränken. Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, kurz PFAS, sind chemisch und thermisch außergewöhnlich stabil – und reichern sich genau deshalb in Umwelt und Körper an, ohne sich nennenswert abzubauen. Für einzelne Vertreter der mehr als 10.000 Stoffe umfassenden Gruppe sind Leberschäden, hormonelle Störungen und eine geschwächte Immunantwort belegt.
Die Debatte dreht sich seither um eine scheinbar simple Frage: Gibt es Ersatz oder nicht? Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen legen nun nahe, dass diese Frage falsch gestellt ist. In vier Projekten haben sie untersucht, wie sich PFAS-freie Funktionsschichten auf industrielle Bauteile aufbringen lassen. Ihr Befund: Häufig scheitert der Ausstieg nicht am fehlenden Ersatzstoff, sondern an der Fertigung.
Der Stoff ist da – nur bekommt man ihn nicht aufs Bauteil
"Der Wunsch nach PFAS-freien Alternativen klingt zunächst einfach: Ein kritischer Stoff soll verschwinden, ein anderer soll seine Aufgabe übernehmen", sagt Samuel Moritz Fink, Gruppenleiter Dünnschichtverfahren am Fraunhofer ILT. "In der Praxis ist dieser Austausch jedoch deutlich komplexer. PFAS-haltige Materialien sitzen oft genau dort, wo Bauteile am stärksten belastet werden."
Ein Beispiel dafür ist PEEK, kurz für Polyetheretherketon – ein Hochleistungskunststoff, der als Kandidat für den Ersatz von PTFE gilt, dem bekanntesten Vertreter der PFAS-Familie und Grundstoff vieler Antihaft- und Gleitschichten. Chemisch und mechanisch ist PEEK durchaus konkurrenzfähig. Nur muss ein Ersatzstoff eben nicht nur die richtigen Eigenschaften haben, sondern auch auf Metall, Kunststoff oder Gummi haften, hohe Temperaturen aushalten und sich wirtschaftlich verarbeiten lassen. "PEEK ist steifer, teurer und je nach Anwendung schwieriger zu verarbeiten", erklärt Fink. "Für viele industrielle Bauteile reicht es daher nicht, ein anderes Pulver, eine andere Folie oder einen anderen Kunststoff auszuwählen."
Genau hier setzt die Aachener Forschung an. "Wir betrachten PFAS-Alternativen nicht als reine Materialfrage", sagt Christian Vedder, Abteilungsleiter Oberflächentechnik und Formabtrag am ILT. Der Laser kann Schichten auftragen, Werkstoffe örtlich aufschmelzen oder Oberflächen strukturieren – und bringt seine Energie dabei präzise, räumlich begrenzt und nur für kurze Zeit ins Bauteil ein.
Der Laser ersetzt den Ofen
Wie entscheidend das ist, zeigt sich an großen Gleitlagern, wie sie in Windkraftanlagen verbaut sind. Dort läuft eine Welle in einer beschichteten Lagerschale, bislang meist mit PTFE-haltigen Schichtsystemen. PEEK wird bei solchen Bauteilen heute als Folie oder Pulver aufgebracht und anschließend unter Hitze mit dem Untergrund verbunden. "Bei kleinen Bauteilen kann das funktionieren", sagt Fink. "Bei tonnenschweren Metallkomponenten wird es dagegen aufwendig: Das gesamte Bauteil muss in einen Ofen, auf hohe Temperatur gebracht und danach wieder langsam abgekühlt werden."
Im Projekt RePEEK trägt deshalb zunächst ein Laser eine bewusst raue Metallschicht auf, dann schmilzt er PEEK-Pulver lokal darauf, das sich in der rauen Oberfläche verankert. Im Nachfolgeprojekt EPOS sollen solche Schichten in mehreren Lagen dicker werden; die Polymer Service GmbH Merseburg prüft dort unter Leitung von Katrin Reincke, wie sie sich unter Belastung verhalten.
Noch enger wird das Temperaturfenster bei Gummiwalzen, wie sie in der Folienherstellung, der Verpackungsindustrie und der Papierproduktion laufen. Statt der bisher üblichen, rasch verschleißenden Silikonschichten sollen im Projekt LEMBAS Hochleistungspolymere zum Einsatz kommen. "Hochleistungspolymere brauchen beim Aufschmelzen hohe Temperaturen. Elastomere wie EPDM vertragen diese Wärme aber nur begrenzt", sagt Adam El-Sarout vom Fraunhofer ILT. Ein Ofen würde die Walze zerstören – der Laser erhitzt dagegen nur die Beschichtung, während das Bauteil darunter kühl bleibt.
Am weitesten fortgeschritten ist das Projekt pureWaterSeal, das gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM Dichtungen entwickelt, die ohne PFAS auskommen und sich mit wasserbasierten Schmiermitteln betreiben lassen. Das zielt auf zwei Umweltprobleme gleichzeitig: "Allein in Deutschland werden jährlich rund eine Million Tonnen ölhaltiger Schmierstoffe verbraucht. Ein einziger Liter kann bis zu einer Million Liter Grundwasser verseuchen", sagt Matthias Laermann vom ILT. Die Dichtungen tragen extrem harte, fluorfreie Kohlenstoffschichten, die der Laser anschließend im Mikrometermaßstab strukturiert. Erste Prototypen laufen in Pumpen von Geothermiekraftwerken.
Was das für die PFAS-Verbotsdebatte bedeutet
Für die politische Auseinandersetzung um ein PFAS-Verbot verschiebt das die Perspektive. Die Industrie hatte argumentiert, ohne PFAS seien die Klimaziele der EU nicht erreichbar; Sarah Brückner vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau warnte 2025 gegenüber MDR Wissen: "Diese Energiewende-Ziele wird man so nicht erreichen können." Der Umweltchemiker Thorsten Reemtsma vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig hielt dagegen: "Einzelne Anwendungen mögen tatsächlich unverzichtbar sein, aber es taugt nicht als Argument grundsätzlich gegen das Bestreben, weniger PFAS einzusetzen."
Die Aachener Projekte stützen eher die zweite Lesart – mit einer Einschränkung, die das Institut selbst benennt: Eine einzige Ersatzlösung, die alle PFAS-Anwendungen abdeckt, wird es nicht geben. Stattdessen entstehen viele zugeschnittene Systeme, Bauteil für Bauteil. "Ein Ersatzstoff muss nicht nur die gewünschte Funktion erfüllen, sondern auch zum Bauteil, zur Temperaturgrenze des Substrats und zum Produktionsprozess passen", sagt Christian Vedder.
Und die harten Fälle bleiben hart. Gleitlager, Dichtungen und Walzen sind mechanische Anwendungen, in denen es um Reibung und Verschleiß geht. Dort, wo PFAS eine elektrochemische Funktion erfüllen – etwa in den Membranen von Elektrolyseuren zur Wasserstoffherstellung –, hilft ein besseres Beschichtungsverfahren nicht weiter. Der Streit um ein Verbot dürfte sich also genau dorthin verlagern: weg von der pauschalen Frage, ob PFAS ersetzbar sind, hin zu der sehr viel kleinteiligeren, in welcher Anwendung sie es sind und wie schnell.