Schadstoffe versickern im Boden, Reinigungsmittel laufen in den Abguss. Dazu kommen noch Stoffe aus der Natur: In einer einzigen umweltrelevanten Wasserprobe befinden so bis zu einigen tausend unterschiedlicher organischer Moleküle. Doch um welche Stoffe handelt es sich dabei? Sind sie harmlos oder gefährlich? Bisher stehen für zukünftige Analysen über 8000 Molekül-Profile in einer öffentlichen Datenbank zur Verfügung. Diese vorsorgende Wasseranalytik wird nun in dem Projekt „FOR-IDENT“ international ausgeweitet.

Bislang war es nur eingeschränkt möglich, unbekannte Moleküle im Wasser schnell zu identifizieren. Doch das Prinzip der vorsorgenden Analytik ist gerade bei der Prüfung von Oberflächengewässern wichtig, sind diese doch oft die Quelle für Trinkwasser. Hier gilt besonders das Motto: „Untersuchen, um Schäden vorzubeugen oder diese zumindest schnell zu erkennen“.

Chemische Analysen zeigen, dass in einer einzigen Wasserprobe oftmals Tausende unterschiedlicher Moleküle gefunden werden können. Dabei handelt es sich zum einen um Stoffe aus der Umwelt, zum anderen aber auch um vom Menschen eingebrachte Industriechemikalien, Pflanzenschutzmittel sowie Kosmetika, Medikamente, Haushaltschemikalien sowie deren Abbauprodukte. Auch die Anzahl und die Zusammensetzung dieser Moleküle unterscheidet sich von Region zu Region sowie von Land zu Land – je nachdem, welche Pflanzen dort wachsen oder welche Arzneimittel, Pflanzenschutzmittel und Chemikalien dort zugelassen sind.

„In Routineanalysen lassen sich von diesen Tausenden Molekülen derzeit maximal ein paar hundert identifizieren – und das oft auch nur in spezialisierten Laboren“, sagt Prof. Dr. Thomas Letzel, Leiter der Analytische Forschungsgruppe am Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München (TUM). „Dabei ist die technologische Voraussetzung, sie zu identifizieren, mittlerweile oft auch in nicht-spezialisierten Analyselaboratorien gegeben. Allerdings fehlt es hier bisher meist an strategischen Lösungen zur Datenauswertung.“

Um dieses Problem zu lösen, haben Wasserspezialisten des Bayerischen Landesamtes für Umwelt, der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, des Zweckverbandes Landeswasserversorgung sowie der TUM zunächst eine neue Datenbank namens „STOFF-IDENT“ entwickelt. Die Datenbank entstand im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts „RISK-IDENT“, das im März 2015 abgeschlossen wurde. Sie enthält inzwischen mehr als 8000 Substanzen mit ihren wichtigsten physikalisch-chemischen Eigenschaften. Darunter REACH-registrierte Industriechemikalien, zugelassene Pharmaka, Biozide und Pflanzenschutzmittel sowie weitere vom Menschen genutzte Substanzen aus Alltagsprodukten. Auch in der Umwelt gefundene Abbauprodukte wie Metaboliten oder Transformationsprodukte sind dort zu finden.

Mithilfe dieser Daten können nun Analyselabore einige ihnen noch unbekannte Moleküle schneller identifizieren. Sie nutzen dazu das sogenannte Non-Target Screening: Bei dieser Methode werden „molekulare Fingerabdrücke“ ermittelt. Dabei wird für jedes erfasste Molekül dessen Polarität und die Molekularmasse bestimmt. „Durch den Vergleich mit den in der Datenbank hinterlegten Eigenschaften gibt sich nun auch beim Non-Target Screening eine Vielzahl der bisher unbekannten Moleküle zu erkennen“, so Prof. Letzel.

Das Nachfolgeprojekt „FOR-IDENT“, das vom BMBF bis 2017 gefördert wird, hat nun das Ziel, die Datenbank um die jeweils vor Ort zugelassenen und verwendeten Chemikalien zu erweitern. Auch wollen die Wissenschaftler die international zum Einsatz kommenden Auswertestrategien erfassen, bündeln und harmonisieren. In das Projekt sollen auch weltweit Hersteller von Analysegeräten sowie Laboratorien eingebunden werden. Im Laufe des Projektes wird eine offene Softwareplattform entstehen, in der die unterschiedlichen Auswertestrategien kombiniert oder verlinkt werden können. Die „Open-Access“-Idee stellt dabei sicher, dass die Auswertetools oder Datenbanken langfristig von Unternehmen, Behörden und Wissenschaft kostenlos und uneingeschränkt genutzt werden können.

„FOR-IDENT“ ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im Wasserkreislauf (RiSKWa)“ im Förderschwerpunkt „Nachhaltiges Wassermanagement (NaWaM)“.