Alyssum murale fördert 150 kg Nickel/ha.

Metall­ge­win­nung durch Pflan­zen­power

Einige Pflanzen können Metalle in beein­dru­ckender Menge absor­bieren und spei­chern. Diese Phyto­ex­trak­tion macht man sich jetzt zunutze.

Direkt unter der Blat­t­epi­dermis werden bei den hyper­ak­ku­mu­lie­renden Pflanzen die wert­vollen Metalle gespei­chert. Nur ein paar Gramm zwar, aber auf ein ganzes Feld hoch­ge­rechnet genug für einen „Erzabbau“, wie Dr. Guil­laume Eche­varria von der Univer­sité de Lorraine es nennt. Der Forscher und Experte für hyper­ak­ku­mu­lie­rende Pflanzen hat das Startup Econick mit ins Leben gerufen, das sich um die Phyto­ex­trak­tion von Nickel kümmert.

Aktuell sind diese Pflanzen beson­ders wegen ihrer Fähig­keiten inter­es­sant, Schwer­me­talle wie Zink, Cadmium, Kupfer, Kobalt, Blei oder Thal­lium aus konta­mi­nierten Böden zu absor­bieren. 2020 hat Econick einen Vertrag mit dem Stahl­her­steller Aperam über die nach­hal­tige Gewin­nung von Nickel – ein uner­läss­li­ches Metall für die Edel­stahl­pro­duk­tion – geschlossen.

Ein symbo­li­scher Akt? Nicht zwangs­läufig. „Das ‚Agro­mi­ning‘ stellt eine kleine Nische dar. Alle Metall­öko­nomen werden jedoch bestä­tigen, dass der Nickel­be­darf in den kommenden Jahren so stark ansteigen wird, dass man keine wirt­schaft­lich effi­zi­ente Quelle außer Acht lassen darf“, stellt Guil­laume Eche­varria fest. Diese stei­gende Nach­frage hat zum Groß­teil mit der immer popu­lärer werdenden Elek­tro­mo­bi­lität zu tun, denn für die Produk­tion der dafür benö­tigten Batte­rien wird insbe­son­dere Nickel gebraucht. Weiterer ausschlag­ge­bender Punkt: „Die unglaub­lich schlechte CO2-Bilanz von Metallen.“

Durch Nicke­lionen bläu­lich gefärbter Pflan­zen­saft einem Pycn­andra acumi­nata-Baum aus Neuka­le­do­nien.

Eine Tonne Nickel auf 4 ha

Zwar stellt die Phyto­ex­trak­tion keine direkte Konkur­renz zum indus­tri­ellen Abbau dar, dennoch sind die aus einem Feld gewon­nenen Mengen beacht­lich. Der von Econick kulti­vierte Strauch Phyl­lan­thus rufu­scha­neyi absor­biert 250 kg Nickel/ha und Jahr. „Es wäre möglich, den Bedarf von Aperam zu decken“, so der Forscher. Dazu müsste man mehrere tausend Hektar bepflanzen. Nickel ist zwar kein erneu­er­barer Rohstoff, kommt jedoch zuhauf im Boden vor. Durch die Begrü­nung von Indus­trie­halden kann eben­falls Nickel gewonnen werden.

Die momentan verwen­deten Pflanzen sind natur­be­lassen, aller­dings wurden bereits verbes­sernde Züch­tung unter­nommen, versi­chert Eche­varria. Neben der Metall­aus­beute sind das Verhalten der Pflanze und insbe­son­dere die Wachs­tums­ge­schwin­dig­keit entschei­dend. Damit dieses als Phyto­mi­ning bezeich­nete Verfahren rentabel wird, sind Dauer­kul­turen erfor­der­lich, die nach jeder Ernte schnell wieder nach­wachsen: „Die Biologie von Spezies wie Phyl­lan­thus rufu­scha­neyi ist sehr empfind­lich. Dadurch sind die Pflanz­kosten sehr hoch. Es ist nicht möglich, jedes Jahr neu auszu­säen.“ 

Wachstum des Cadmium- und Zink-Hyper­ak­ku­mu­la­tors Thlaspi caeru­le­scens auf metall­be­las­tetem Indus­trie­boden und unbe­las­tetem land­wirt­schaft­li­chem Boden. (INRAE – SCHWARTZ Chris­tophe)

Zink in Pflan­zen­form

Im Norden Frank­reichs sucht Guil­laume Eche­varria eben­falls nach Wegen zur Dekon­ta­mi­nie­rung von verun­rei­nigten Gemü­se­an­bau­flä­chen mit dem Ziel der Zink­ge­win­nung. Dabei kommen hyper­ak­ku­mu­lie­rende Pflanzen wie Arabi­d­opsis halleri zum Einsatz, die Schwer­me­talle binden können. Eines der Projekte fokus­siert sich auf den Anbau von Gemüse an einem alten Indus­trie­standort. Unter­su­chungen zeigen, dass der Cadmi­um­ge­halt des Gemüses die Norm­werte konse­quent über­schreitet.  „Unser Ziel ist es nicht, die Produk­ti­ons­kette von Gemüse zu unter­bre­chen. Wir versu­chen, hyper­ak­ku­mu­lie­rende Pflanzen zwischen Gemüse den Gemü­se­reihen anzu­bauen. So werden die Kulturen vor über­schüs­sigen Metallen geschützt. Wir befinden uns noch mitten in der Test­phase.“ 

Ähnlich wie bei der Nickel­ge­win­nung werden die Pflanzen hier eben­falls verbrannt und die Reste anschlie­ßend chemisch aufbe­reitet: Die Asche wird mehr­mals gewa­schen und die Fällung gesam­melt und aufbe­reitet. Die Zink­aus­beute ist geringer, aber eine Kraft-Wärme-Kopp­lung könnte die Produk­tion hinsicht­lich einer ökolo­gi­schen Ziel­set­zung rentabel machen.

Der Prozess hat auch Bedeu­tung für die mensch­liche Ernäh­rung. „Einige Pflan­zen­arten können bis zu 2 % Zink in ihrer Biomasse aufnehmen. Daher könnte das Zink aus den Pflanzen eine inter­es­sante Quelle für Nahrungs­er­gän­zungs­mittel sein.“ 

Hyper­ak­ku­mu­lie­rende Pflanzen: eine faszi­nie­rende Welt

Mehr­heit­lich sind es Kreuz­blütler, die eine höhere Tole­ranz gegen­über Toxi­zität sowie spezi­elle Trans­port­sys­teme und ausge­klü­gelte Spei­cher­lö­sungen für hyper­ak­ku­mu­lierte Metalle aufweisen, die ihre Physio­logie nicht beein­träch­tigen. In der Natur bieten diese Eigen­schaften den Pflanzen zahl­reiche Vorteile: Schutz vor Pflan­zen­fres­sern (weniger schmack­haft) und geringen osmo­ti­schen Drücken (Wasser­ef­fi­zienz) sowie alle­lo­pa­thi­sche Schutz­me­cha­nismen (Bildung einer giftigen Streu, um Konkur­renz­pflanzen fern­zu­halten).

Ein weiterer Vorteil könnte auch eine verbes­serte Photo­syn­these sein. Das liegt an der Filtra­tion von UV-Strahlen durch die Metalle. Diese These muss aller­dings noch wissen­schaft­lich bestä­tigt werden. Die Wellen­länge von Nicke­lionen könnte beispiels­weise als eine Art Barriere gegen solche Wellen­längen fungieren, die den Wirkungs­grad von Chlo­ro­phyll negativ beein­träch­tigen könnten. Durch eine solche verbes­serte Photo­syn­these könnten fortan der essen­ti­elle meta­bo­li­sche Aufwand, den die Spei­che­rung von Metallen in den Blät­tern mit sich bringt, ausge­gli­chen werden.