Entengrütze sammelt wertvolle Metalle

Bestimmte Pflanzen nehmen Metalle wie Nickel oder Blei aus dem Boden auf und lagern sie in ihren oberirdischen Bestandteilen ein. Dieses Prinzip wird bereits genutzt, um Böden zu reinigen. „Bei der sogenannten Phytosanierung handelt es sich um eine kostengünstige Alternative zur Bodenreinigung, vor allem von Schwermetallen", erläutert Chemieingenieurin Natalie Köhling, die die Forschungen mit der Entengrütze an der FH Münster initiiert hat und sie nun zusammen mit ihrer Kollegin Aylin Erkmen durchführt. „Die Pflanzen werden bewusst auf belasteten Böden ausgesät. Nach der Wachstumsphase werden Blätter und Stängel abgeerntet und dann je nach Belastung fachgerecht entsorgt."

Das Phytomining geht einen Schritt weiter und versucht, die eingelagerten Stoffe zurückzugewinnen und dem Wertstoffkreislauf zuzuführen. Besonders interessant ist dies bei „strategischen Elementen", die weltweit selten vorkommen und in Europa fast gar nicht gefördert werden. Dazu gehören auch Gallium und Indium. Beide Metalle sind aber in vielen elektronischen Produkten unverzichtbar, etwa in der Produktion von Bildschirmen, Touchscreens, Solarpanelen und Halbleiterdioden. Da liegt es nahe, eine Methode zu finden, um diese Stoffe zurückzugewinnen.

Doch so einfach ist das gar nicht, denn Gallium und Indium werden von den wenigsten Pflanzen in ausreichender Menge aufgenommen, so dass sich das Phytomining lohnen würde. Köhling entschied sich in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Thomas Schupp für eine Pflanze, die diese Metalle speichern kann und die für Versuche leicht zu kultivieren ist. Die Wahl fiel auf Lemna minor, da sie als Wasserpflanze mit einem Kescher leicht zu ernten ist, sich exponentiell vermehrt und das auch noch ungeschlechtlich – es also keinen Bestäuber wie beispielsweise Bienen zur Vermehrung braucht.

Nun widmet sich das Forschungsteam der großen Frage: Nehmen Wasserlinsen Gallium und Indium in ausreichender Menge auf, sind sie also geeignet als Metallhyperakkumulatoren? „Wir wissen, dass Lemna minor Aluminium aufnehmen und speichern kann. Da Gallium und Indium im Periodensystem direkt unter Aluminium stehen, also ähnliche Eigenschaften haben, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Pflanze auch diese Stoffe einlagern kann", erklärt Köhling. Nun galt es also, den Praxistest zu bestehen.

Im Versuchsmodell wachsen die Pflanzen sieben Tage und werden dann geerntet, getrocknet und verascht. In der Asche findet sich anschließend Galliumoxid oder Indiumoxid. Indem die Chemieingenieurinnen diese Verbindungen von den anderen Bestandteilen der Asche abtrennen, könnten diese später recycelt und der Wiederverwertung zugeführt werden. In den bisherigen Versuchen fand sich in der Asche eine bis zu zehn Prozent höhere Konzentration an Gallium als im derzeitigen Gewinnungsverfahren, bei dem Gallium aus Gestein gelöst wird. „Wir wissen, dass Lemna minor Gallium aufnimmt, aber wir wissen noch nicht, ob es ein Hyperakkumulator für Gallium ist. Aber unsere Messwerte zeigen deutliche Hinweise darauf, dass es sehr wahrscheinlich ist", so Köhling. 

 

Diese Forschungsarbeit zeigt: Viele aktuelle Umweltprobleme sind nur durch innovative chemische Verfahren und interdisziplinäre Ansätze lösbar.