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AFFF Schaum – Alles was Du wissen musst

Was ist AFFF Schaum?

AFFF (Aqueous Film Forming Foam, gesprochen: „A3F“) ist ein fluorhaltiger Feuerlöschschaum der vor allem zum Löschen von brennenden Flüssigkeiten wie z.B. Benzin verwendet wird. Das Besondere ist, dass er einen Wasserfilm zwischen brennbarer Flüssigkeit und Schaum bildet. Dies ermöglicht eine schnelle Ausbreitung des Schaums und dadurch ein schnelles Löschen. Zur Erzeugung des Schaums wird ein synthetisches Schaummittel zum Löschwasser zugemischt und meistens über ein Schaumrohr verschäumt. AFFF enthält Fluortenside (PFAS), die aufgrund ihrer umweltschädlichen und toxischen Eigenschaften umstritten und teilweise verboten sind oder verboten werden.

Werden AFFF verboten?

Die kurze Antwort: Ja, AFFF werden aufgrund der enthaltenen PFAS (Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen) sehr wahrscheinlich verboten. Die EU Kommission hat dazu geschrieben

„Die Kommission wird alle PFAS als Gruppe in Feuerlöschschäumen [..] verbieten und die Verwendung nur dort erlauben, wo sie essentiell für die Gesellschaft sind.“

Europäische Kommission 2020: Chemikalienstrategie für Nachhaltigkeit für eine schadstofffreie Umwelt

Aber zur Zeit können fluorhaltige Schäume noch verwendet werden, wenn sie bestimmte PFAS-Grenzwerte einhalten. Denn bislang sind fluorhaltige Schaummittel nicht als Gruppe reguliert, sondern immer nur einzelne Inhaltsstoffe. Zur Zeit sind das PFOS, PFOA und C9-14 PFCA. Und weitere Stoffe sollen ebenfalls verboten werden (insbesondere PFHxS und PFHxA). Für jeden dieser Stoffe gelten eigene Grenzwerte und eigene Übergangsfristen für die Anwendung im Schaummittel. Da das leider ganz schön kompliziert ist, habe ich einen eigenen Artikel über das PFAS-Verbot in Schaummittel geschrieben.

Die Europäische Kommission hat es sich aber zum Ziel gesetzt alle PFAS in Schaummittel zu verbieten. Das trifft dann AFFF genauso wie alle anderen fluorhaltigen Schaummittel. Auch darauf gehe ich im Artikel über das PFAS-Verbot in Schaummittel ein.

Wie löscht AFFF?

Bevor wir uns angucken, wie AFFF löscht, schauen wir uns an, wie Schaum grundsätzlich löscht.

Wasser eignet sich nicht, um eine brennende Flüssigkeit, wie z.B. Benzin, zu löschen. Es hat eine höhere Dichte als die meisten Brennstoffe und würde unter die Flüssigkeitsoberfläche sinken anstatt zu löschen. Schaum hingegen hat eine geringere Dichte als die brennenden Flüssigkeiten, bleibt also an der Oberfläche und kann den Brand so löschen.

Schaum besteht aus Wasser, einem Schaummittel und Luft. Zur Bildung von Schaum enthalten synthetische Schaummittel Tenside. Das sind Moleküle mit einem wasserliebenden (hydrophilen) und einem wasserabstoßenden (hydrophoben) Ende. Im Wasser versuchen sie sich so anzuordnen, dass der eine Teil des Moleküls im Wasser ist, während der andere nicht mit Wasser in Berührung kommt. Sie sammeln sich also an der Wasseroberfläche und strecken den hydrophoben Teil in die Luft. Das geschieht solange, bis die Oberfläche belegt ist. Mischt man Luft zum Gemisch aus Wasser und Schaummittel so bildet sich Schaum, denn dabei gibt es eine viel größere Oberfläche und mehr Tenside können sich mit einem Teil in die wässrige Schaumwand (Lamelle) und mit dem anderen in die Luftblase ausrichten.

Moleküle der Kohlenwasserstofftenside orientieren sich in der Lamelle einer Schaumblase
Moleküle der Kohlenwasserstofftenside orientieren sich in der Lamelle einer Schaumblase

Man nennt die Tenside von herkömmlichen synthetischem Schaummittel auch Kohlenwasserstofftenside, weil die Moleküle größtenteils aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen aufgebaut sind. AFFF enthält zusätzlich Fluortenside. Bei diesen Molekülen sind die Wasserstoffatome größtenteils durch Fluoratome ersetzt worden. Und sie bringen einen entscheidenden Unterschied mit. Der hydrophobe Teil eines Kohlenwasserstofftensids zieht gleichzeitig Öle und Fette an (er ist lipophil). Der hydrophobe Teil eines Fluortensids ist gleichzeitig lipophob, er stößt Öle und Fette also ab. Das ist für Tenside eine relativ ungewöhnliche Eigenschaft. Deswegen ist es übrigens auch so schwer gleichartige Alternativen, also wasserfilmbildende Schaummittel ohne Fluortenside, herzustellen.

Wie ordnen sich diese beiden Tensidarten also an der Oberfläche eines Öls (dem Brennstoff) an? Die Kohlenwasserstofftenside tauchen mit ihrem lipophilen Ende in das Öl, während das andere (hydrophile) Ende herausragt. Die Fluortenside sind ebenfalls bestrebt mit ihrem wasserliebenden, hydrophilen Teil eine wässrige Umgebung zu suchen, während das andere Ende sowohl vom Brennstoff Öl, als auch vom Wasser abgestoßen wird – und daher in die Luft ragt. Zwischen diesen beiden Tensidarten bildet sich daher ein sehr dünner Wasserfilm. Und obwohl Wasser dichter, also bei gleichem Volumen schwerer, als das Öl ist, „schwimmt“ der Wasserfilm obenauf. Aufgrund dieses Wasserfilms heißt der Schaum eben wasserfilmbildender Schaum – Aqueous Film Forming Foam, AFFF.

Kohlenwasserstoff- und Fluortenside ordnen sich so an dass sie den Wasserfilm von AFFF Schaum bilden
Kohlenwasserstoff- und Fluortenside ordnen sich so an dass sie den Wasserfilm von AFFF Schaum bilden

Warum löscht AFFF so gut?

Der Wasserfilm, der vom AFFF gebildet wird, bietet einige entscheidende Vorteile. Zunächst mal bildet er eine Barriere und mindert so das Verdampfen von weiterem Brennstoff. Außerdem breitet er sich sehr schnell aus und ermöglicht auch dem darauf schwimmenden Schaum eine schnelle Ausbreitung. Dadurch können die Flammen schnell gelöscht werden und der Schaum erreicht auch bei einem sehr großen Brand weiter entfernte Bereiche. Wird die aufgebrachte Schaumdecke aufgerissen, sorgt der Wasserfilm dafür, dass sich das Loch schnell wieder schließt.

Ein weiterer vorteilhafter Nebeneffekt ist die Verminderung des sogenannten Fuel-Pick-Up-Effekts. Dieser entsteht, wenn der Schaum bei der Aufgabe aufs brennende Öl untertaucht und dabei Brennstoff aufnimmt. Der Brennstoff kann den Schaum zerstören. Die lipophobe Eigenschaft der Fluortenside drängt den Brennstoff wieder aus dem Schaum heraus und macht ihn also weniger empfindlich für Zerstörung durch den Fuel-Pick-Up-Effekt.

Der Wasserfilm ist das Merkmale, dass AFFF von anderen, insbesondere den fluorfreien Schäumen unterscheidet. Er ermöglicht es auch, dass der Schaum bei relativ schlechter Verschäumung – also einem niedrigen Verhältnis von Luft zum Schaummittel-Wasser-Gemisch – noch funktioniert. Auch die Stabilität des Schaums ist dabei nicht entscheidend, denn zur Bildung ist es ja gerade erforderlich, dass das Wasser aus dem Schaum fließt. Daher hat AFFF auch häufig eine relativ geringe Wasserhalbzeit. Es braucht also nur wenige Minuten, bis die Hälfte der Masse des ursprünglich eingesetzten Schaummittel-Wasser-Gemischs aus dem Schaum geflossen ist.

Die Anspruchslosigkeit des AFFF an die Verschäumung ist zum Beispiel ein Vorteil, beim Einsatz in Löschanlagen. Klassische Sprinkler sind nicht optimiert auf den Einsatz von Schaum. Mit AFFF ist es aber dennoch möglich eine Löschanlage mit Schaummittelzumischung und klassischen Sprinklerköpfen zu konstruieren. Diese Tatsache führte dazu, dass bis vor wenigen Jahren AFFF die einzigen Schaummittel waren, die für den Einsatz in Löschanlagen vorgesehen waren. Erst das zunehmende Bewusstsein über die Umweltproblematik der PFAS in AFFF führte hier zu einem Umdenken und zum ersten Einsatz von anderen fluorfreien Schaummitteln.

Ist AFFF umweltschädlich?

Die für den Wasserfilm des AFFF entscheidenden Fluortenside werden allgemein auch als PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) bezeichnet. Dabei handelt es sich um ein Gruppe von tausenden von Stoffen bei denen an mindestens einem Kohlenstoffatom alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt worden sind.

Früher wurden auch die Bezeichnungen PFC (per- und polyfluorierte Chemikalien) oder PFT per- und polyfluorierte Tenside) für PFAS verwendet. PFAS sind deswegen so problematisch, weil sie sich in der Natur nicht, bzw. nur zu anderen PFAS abbauen. Man nennt diese Eigenschaft Persistenz. Zusätzlich reichern sich einige PFAS in einem Organismus (also z.B. in einem Fisch oder auch im menschlichen Körper) an. Die Konzentration an PFAS im Fisch steigt also, z.B. durch Nahrungsaufnahme und sie werden nicht vollständig ausgeschieden. Das nennt man Bioakkumulation und sie kann zu Biomagnifikation führen, wenn die PFAS über die Nahrungskette weiter gereicht werden, der Mensch also z.B. einen Fisch isst. Zur Persistenz und Bioakkumulation kommt noch eine weitere problematische Eigenschaft vieler PFAS: Sie sind toxisch. PFAS wird eine Reihe von gesundheitlichen Auswirkungen nachgesagt. Dazu gehören z.B.

  • Geringere Bildung von Antikörpern nach Impfungen
  • Erhöhung des Cholesterinspiegel
  • Niedrigeres Geburtsgewicht

Aus Tierversuchen ist bekannt

  • Schädigung der Leber
  • Beeinträchtigung der Entwicklung
  • Beeinträchtigung des Fettstoffwechsels, des Schilddrüsenhormonspiegels und des Immunsystems

Stoffe, die die drei Eigenschaften Persistenz, Bioakkumulation und Toxizität aufweisen werden auch als ‚PBT-Stoffe‘ bezeichnet. Einige – aber nicht alle – PFAS fallen in diese Kategorie und wurden bzw. werden daher reguliert. Allerdings gelten schon die Eigenschaften Persistenz und Bioakkumulation als problematisch. Die Toxizität von PFAS lässt sich manchmal nur sehr aufwändig nachweisen und benötigt viel Zeit. Bis dahin aber sind persistente und bioakkumulative Stoffe längst in der Umwelt und lassen sich nicht zurück holen.

Wann wurde AFFF erfunden?

AFFF wurde in den 1960er Jahren zusammen vom amerikanischen Naval Research Laboratory und dem Chemieunternehmen 3M entwickelt und schließlich 1966 patentiert. 1967 brach ein Feuer an Bord des Flugzeugträgers USS Forrestal aus und forderte das Leben von 134 Seeleuten. Durch eine elektrische Fehlfunktion wurde eine Rakete versehentlich auf dem Flugdeck des Flugzeugträgers ausgelöst. Sie traf den Treibstofftank eines anderen parkenden Kampfflugzeugs. Der austretende Treibstoff fing Feuer und löste damit eine Kettenreaktion aus, indem er andere Flugzeuge und vor allem Bomben beflammte, die infolgedessen explodierten. Einige Lehren dieser Katastrophen bezogen sich auch auf die Brandbekämpfung. Untrainierte Crews setzten in guter Absicht Wasser zum Löschen ein, zerstörten damit aber den bereits aufgebrachten Schaum anderer Crews. Als Konsequenz führte die US Navy AFFF als Schaummittel auf all ihren Schiffen ein. Von dort trat das Schaummittel seinen Siegeszug in andere Bereiche an. Es wurde das Standardschaummittel für das Militär, für Flughäfen, Raffinerien und die chemische Industrie. Aber auch viele öffentliche Feuerwehren führten das fluorhaltige Schaummittel als das „Beste vom Besten“ ein.

Fire on board of aircraft carrier USS Forrestal
134 Seeleute starben bei einem Brand an Bord des Flugzeugträgers USS Forrestal 1967. Die US Navy führt nach diesem Ereignis AFFF auf allen Schiffen ein. Foto: US Navy

Der Siegeszug der AFFF dauerte drei Jahrzehnte an, bis im Jahr 2000 die amerikanische Umweltbehörde EPA gemeinsam mit dem Hersteller 3M das Ende von PFOS (Perfluoroktansulfonsäure) verkündeten. PFOS war bis dahin der Hauptwirkstoff für AFFF und so rätselte man in der Feuerwehrwelt woher dieses Produktionsende kam. Von den Umweltproblemen dieses Stoffes bekamen die Anwender von fluorhaltigen Schaummitteln erst nach und nach etwas mit. Dem Hersteller hingegen waren diese Probleme schon länger bekannt.

Die EPA verkündet im Jahr 2000 gemeinsam mit dem Hersteller 3M das Ende von PFOS (Screenshot von archive.epa.gov)

Das Ende von PFOS war der Anfang vom Ende von fluorhaltigen Schaummitteln. In der EU wurden AFFF auf Basis von PFOS auch bei Anwendern im Jahr 2011 verboten. Aber noch rettete man sich, in dem man PFOS durch andere Wirkstoffe ersetzte. Fluorhaltige Schäume blieben – mit veränderter Rezeptur – erhalten. Diese anderen Wirkstoffe gehörten aber auch zur Gruppe der PFAS. Man bezeichnet sie oft als C6, weil nur sechs Atome im Molekül mit Fluoratomen besetzt sind (bei PFOS waren es acht, daher die Bezeichnung C8). Nun sollen auch die C6 (im Fall von Schaummitteln Vorläuferverbindungen der Perfluorhexansäure) verboten werden. So beginnt also das letzte Kapitel der AFFF.

AFFF für die Flugzeugbrandbekämpfung

Die Vorteile von AFFF spielten sich immer dann aus, wenn eine kurze Löschzeit wichtig war oder das Risiko durch sehr große Brennstoffoberflächen bestand. Der erste Fall traf vor allem auf die Flugzeugbrandbekämpfung zu. Das Szenario eines brennenden Kerosinteppichs, der ein vollbesetzten Flugzeug beflammt, passiert zwar relativ selten, wäre aber umso fataler. Denn die Flugzeughülle hält einem Feuer nur wenige Minuten stand. Entsprechend wichtig ist hier eine sehr schnelle Löschzeit. Der für die Flugzeugbrandbekämpfung ausgelegte, sogenannte ICAO-Test (beschrieben in Doc 9137/AN/898 der International Civil Aviation Organization) sieht eine Löschzeit von einer Minute vor. Wenn innerhalb dieser einen Minute eine Brandwanne mit bestimmter Größe gelöscht werden kann, erhält das Schaummittel, abhängig von der Größe der Brandwanne, ein A-, B- oder C-Rating. Weltweit stellt AFFF nach wie vor das meist verbreiteste Löschmittel für die Flugzeugbrandbekämpfung. In den vergangenen Jahren wurden jedoch auch leistungsfähige fluorfreie Schaummittel für die Flugzeugbrandbekämpfung entwickelt, die ein B- oder C-Rating nach dem ICAO-Standard erhalten. Mehrere große internationale Flughäfen haben bereits erfolgreich auf fluorfreie Schaummittel umgestellt.

AFFF in Raffinerien und der chemischen Industrie

Ein weiteres klassisches Anwendungsgebiet für AFFF sind Raffinerien und die chemische Industrie. Hier kommt der Schaum bei allen Bränden von brennbaren Flüssigkeiten zum Einsatz (für polare Brennstoffe natürlich als alkoholbeständiges AFFF). Ein Schwerpunkt bildet die Tankbrandbekämpfung, denn große Lagertanks und deren Auffangräume können mehrere tausend Quadratmeter groß sein und stellen entsprechend große Anforderungen an den Schaum. Wenn ein Tankbrand ohne Löschanlage nur mit mobiler Technik durch eine Feuerwehr gelöscht wird, so geschieht dies in der Regel mit großen Schaum-Wasser-Werfern. So können zwar große Wurfweiten erzielt werden, aber gleichzeitig taucht der Schaum durch die direkte Aufgabe in den Brennstoff ein und es kommt zum Fuel-Pick-Up-Effekt. Mit seinen besonderen ölabweisenden Eigenschaften vermindert AFFF diesen Effekt. Es wurde sogar lange Zeit als unersetzbar für die Tankbrandbekämpfung oder die chemische Industrie insgesamt gesehen. Viele Versuche insb. durch Organisationen wie Lastfire haben jedoch gezeigt dass moderne fluorfreie Schaummittel durchaus in der Lage sind selbst sehr große Tankbrände zu löschen, so dass dieser Grundsatz nicht mehr gilt.

Diese Auskunft wurde nach bestem Wissen und Gewissen angefertigt. Dennoch stellt sie keine rechtsverbindliche Auskunft dar. Fehler oder eine andere Auslegung der Regulierungen können nicht vollständig ausgeschlossen werden.

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Eike Peltzer

Eike Peltzer

B.Eng., M.Sc., beratender Ingenieur

Eike Peltzer berät Feuerwehren und Löschanlagenbetreiber unabhängig bei der Umstellung von AFFF auf fluorfreie Schaummittel.

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