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Kein Witz: Metalle fürs Telefon sollen vom Acker kommen

Werner Pluta | Golem.de 16.09.2017 - 15:10|1
Kein Witz: Metalle fürs Telefon sollen vom Acker kommen

Ob Germanium oder Metalle der Seltenen Erden: Solche Rohstoffe für Telefone, Generatoren oder Elektromotoren sollen bald von Feldern kommen. Klingt wie ein alberner Witz, wird aber ernsthaft untersucht. Doch die Forschung steht noch vor etlichen Herausforderungen.

Seit einigen Jahrzehnten nutzen Forscher Pflanzen, um Elemente aus dem Boden zu ziehen. Dabei ging es zunächst darum, mit Schadstoffen kontaminierte Böden zu reinigen - diese sogenannte Phytosanierung ist deutlich weniger aufwendig, als die Böden abzutragen und auszutauschen. Aber, so überlegten Wissenschaftler: Wenn sich Schadstoffe mit Pflanzen aus dem Boden holen lassen, warum dann nicht auch nützliche?

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Phytomining beinhaltet Bergbau und Ökologie

Phytomining heißt diese Technik zur Gewinnung von Metallen mithilfe von Pflanzen, an der unter anderem Wissenschaftler der Technischen Universität Bergakademie Freiberg arbeiten. "Wir haben an der Bergakademie - der Name sagt es - mit Bergbau zu tun. Andererseits sind wir Ökologen", sagt Hermann Heilmeier, Leiter der Arbeitsgruppe Biologie/Ökologie an der Hochschule, im Gespräch mit Golem.de. Eine Kombination beider Bereiche habe da nahegelegen.

Die Idee: Statt die Rohstoffe in einer Mine abzubauen, also bergmännisch zu gewinnen, überlässt man die Arbeit den Pflanzen: Sie reichern die Rohstoffe in ihren Blättern und Sprossen an. Die Pflanzen werden geerntet und die Rohstoffe aus der Biomasse gewonnen. Derzeit arbeiten die Forscher bereits an ihrem zweiten Projekt auf dem Gebiet. Spezialisiert haben sie sich auf die Gewinnung von Germanium, da dieses Element 1886 an der Bergakademie entdeckt wurde, sowie auf einige Metalle der Seltenen Erden.

Metalle der Seltenen Erden sind nicht selten

Germanium oder die Seltenen Erden - die anders, als der Name nahelegt, gar nicht so selten sind - eigneten sich gut für das Phytomining, da sie überall vorkämen, sagt Heilmeiers Kollege Oliver Wiche: Ein Kilogramm beliebigen Bodens enthalte etwa zwei Milligramm Germanium und 200 Milligramm Seltene Erden. Damit ist also auch Deutschland ein guter Fundort für die Elemente.

Allerdings: "Wenn ein Element sehr gleichmäßig überall im Boden drin ist, dann bilden sich wenig geklumpte Orte aus", sagt Wiche. Das bedeutet, eine bergmännische Gewinnung ist schwierig. Die Seltenen Erden etwa werden nur an wenigen Orten zum Beispiel in China und in den USA abgebaut. Germanium wird gar nicht abgebaut, sondern derzeit bei der Aufbereitung von Zinkerz oder aus der Asche von Steinkohle gewonnen.

Den Phytominern hingegen kommt die gleichmäßige Verteilung gerade recht: Sie können mit ihrer Methode problemlos große Flächen bearbeiten.

Hyperakkumulatoren lagern Metalle ein

Sie pflanzen, die Pflanzen wachsen, werden geerntet und dann verwertet - und zwar doppelt: Aus Wirtschaftlichkeitsgründen werden zum Phytomining Energiepflanzen verwendet, also Pflanzen, die viel Biomasse bilden. Das Pflanzenmaterial wird dann energetisch genutzt. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Die Pflanzenreste werden getrocknet und in großtechnischen Anlagen verbrannt oder zu Biogas vergoren.

Vorteil dieser Lösung: Durch die energetische Nutzung werden die Zellen aufgeschlossen, um an die darin eingelagerten Rohstoffe zu kommen. Aus den Gärresten oder der Asche gewinnen die Forscher dann Germanium, Neodym und Erbium.

Die Extraktion erwies sich als schwierig

Das habe sich allerdings als recht schwierig erwiesen, erzählt Heilmeier. "Wir haben gedacht, das Germanium liegt schon in verfügbarer Form in der Flüssigkeit vor. Aber es ist doch noch ziemlich stark an organische Substanz gebunden, und davon muss man es herunterbringen. Das erfordert einen deutlichen höheren Aufwand, als wir zu Beginn des Projekts gedacht haben."

In ihrem ersten Phytomining-Projekt Phytogerm beschäftigten sich Heilmeier und Wiche erst einmal mit der Frage, welche Pflanzen überhaupt Germanium aufnehmen. Hyperakkumulatoren heißen die Pflanzen, die in Böden mit hohen Konzentrationen von Metallen wachsen und diese über Wurzeln aufnehmen. Derzeit sind etwa 300 Arten bekannt, die meisten für die Speicherung von Nickel.

Mauer-Steinkraut nimmt Nickel auf

Wie etwa das Mauer-Steinkraut oder Alyssum murale. Es ist als Nutzpflanze kaum geeignet. Doch Bauern in Albanien machen inzwischen gute Geschäfte damit: In einer Region nahe dem Ohridsee sind die Böden von Natur aus so stark mit Schwermetallen belastet, dass sie landwirtschaftlich nicht genutzt werden können. Dort ernten die Bauern inzwischen das Mauer-Steinkraut, verbrennen es und verkaufen die Asche, die bis zu 20 Prozent aus Nickel besteht, für etwa 70 Euro die Tonne. Daraus werden dann Lacke und Farben hergestellt.

Weniger um die Ausbeute als vielmehr darum, Schadstoffe aus dem Boden zu bekommen, geht es Ute Krämer. Die Pflanzenphysiologin von der Ruhr-Universität Bochum experimentiert mit der Hallerschen Schaumkresse (Arabidopsis halleri). Ihr Ziel ist, mit Hilfe dieser Pflanze Böden von Schwermetallen wie Blei, Kadmium und Nickel zu säubern, damit darauf wieder Nutzpflanzen angebaut werden können. Andere Forscher untersuchen, wie sich Böden mit der Hilfe von Sonnenblumen, des Sachalin-Staudenknöterich oder des Baums Pycnandra acuminata, der auf der Pazifik-Inselgruppe Neukaledonien vorkommt, reinigen lassen.

Silizium macht Gräser ungenießbar

Den Freiberger Forschern hingegen geht es um Germanium. Also mussten sie zuerst herausfinden, welche Pflanzen dieses Halbmetall aufnehmen. Bei Versuchen im Gewächshaus und im Freiland zeigte sich, dass Gräser sich dafür eignen. Denen geht es allerdings gar nicht um Germanium.

Gräser lagern Silizium als Fressschutz ein: Dieses macht Spross und Blätter fest, weshalb sie für Pflanzenfresser nicht gut so genießbar sind wie etwa Kräuter. Der Nachteil ist, dass auch die Bakterien, die die Zellen der Gräser mit Enzymen aufschließen sollen, ihre Mühe damit haben. Das Germanium ist aber chemisch mit dem Silizium verwandt und wird deshalb von der Pflanze mit aufgenommen und eingelagert.

Als vielversprechend hat sich im Projekt Phytogerm das Rohrglanzgras erwiesen. Im Nachfolgeprojekt arbeiten die Freiberger Forscher damit weiter.

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Kommentare
  1. 17.09.17 09:54 Antiappler (Handy Profi)

    Wenn so etwas tatsächlich mal erfolgreich sein würde, gäbe es noch mehr Monokultur auf der Welt, siehe die Plantagen für Palmöl oder Wälder für schnell nachwachsendes Holz.

    Ist wirklich nicht erstrebenswert.

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