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Energiepflanzen zur Sanierung von Altlasten

Europäische Pflanzenforscher entwickelten und erprobten unter Feldbedingungen ein Verfahren zur Erzeugung von Biomasse auf mit Schwermetallen belasteten Standorten, das gleichzeitig die Bodenqualität und -funktion verbessert.
Energiepflanzen zur Sanierung von Altlasten
Studien zeigen, dass Pflanzen, die als Energiepflanzen zur Erzeugung von Biomasse angebaut werden, auch zur Beseitigung von Schwermetallen aus kontaminierten Böden oder zur Verhinderung der weiteren Ausbreitung dieser Schadstoffe in Boden, Luft und Wasser eingesetzt werden können. Die von der EU geförderte Initiative Phyto2Energy entwickelte ein innovatives Konzept für die Phytosanierung von Altlasten, das die positiven Eigenschaften von Energiepflanzenarten kombiniert und testet. Neben der Erzeugung von Biomasse können einige dieser Pflanzen Schwermetalle in ihren oberirdischen Teilen anhäufen, während andere auf kontaminierten Böden wachsen können, ohne Schwermetalle aufzunehmen.

Obwohl es sich um einen langfristigen Prozess handelt, ermöglicht die Phytosanierung die Wiederherstellung von kontaminiertem Ackerboden bis hin zur normalen landwirtschaftlichen Nutzung, wozu auch der Anbau von Lebens- und Futtermittelpflanzen gehört. Die Phytostabilisierung hingegen reduziert die Mobilität von Stoffen in der Umwelt, wobei der Schwerpunkt auf der langfristigen Stabilisierung und Eindämmung des Schadstoffs liegt. Sie wird auf stark kontaminierten Randflächen angewendet, die nie für landwirtschaftliche Zwecke genutzt werden würden. „Dank der Eigenschaften einiger Energiepflanzenarten, die gegen die Aufnahme von Schwermetallen resistent sind, könnte dieses Land jedoch für eine saubere Biomasseproduktion genutzt werden“, erklärt Projektkoordinatorin Izabela Ratman-Klosinska vom Institut für Ökologie der Industriegebiete (IETU) in Katowice, Polen.

Aufnahme von Schwermetallen

An zwei Standorten untersuchten die Forscher vorab ausgewählte Energiepflanzenarten, die sich am besten für die phytosanitäre Energiepflanzenproduktion eignen: Miscanthus x giganteus, Sida hermaphrodita, Spartina pectinata und Panicum virgatum. Das erste Feld umfasste mit Schwermetallen belastete Ackerflächen, das zweite ein ehemaliges Klärschlammentwässerungsgebiet.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Gehalt an organischer Substanz die Bioverfügbarkeit von Schwermetallen und damit die Aufnahme von Schwermetallen durch Energiespezies bestimmt. „Unabhängig vom Standort wurden die vielversprechendsten Ergebnisse hinsichtlich der geringsten Metallaufnahme und der höchsten Biomasseproduktion in Spartina pectinata gefunden“, sagt Dr. Marta Pogrzeba von IETU, die die Untersuchungen der Pflanzen und die Feldversuche koordinierte. „Damit ist sie auch an stark kontaminierten Standorten mit hoher Schwermetall-Bioverfügbarkeit ein Kandidat für eine sichere Biomasseproduktion", fügt sie hinzu.

Die höchste Bleiaufnahme wurde für Miscanthus x giganteus ermittelt, während Sida hermaphrodita die höchste Cadmium- und Zinkaufnahme hatte. Diese Arten lieferten auch einen zufriedenstellenden Biomasseertrag, was sie zu geeigneten Kandidaten für eine Energiepflanzenproduktion zur Phytosanierung macht.

Bodenmikroben erhöhen die Biomasse

Wissenschaftler zeigten auch erfolgreich das Potenzial von Bodenmikroben zur Steigerung des Biomasseertrags auf und untersuchten über 140 Bakterienstämme, die aus dem Wurzelsystem der getesteten Energiepflanzenarten isoliert wurden. „Von 140 Bakterienstämmen identifizierten die Forscher drei aus der Familie der Pseudomonas putida. Diese erwiesen sich nach weiterer Genomsequenzierung als einzigartig in Bezug auf die Erleichterung des Pflanzenwachstums und die Erhöhung der Resistenz gegen Schwermetalle. Diese Eigenschaften machten sie zu vielversprechenden Kandidaten für einen Prototyp einer Biostimulationsformel für Energiepflanzen", sagt Professor Grażyna Płaza vom IETU, die für die Koordination der mikrobiologischen Untersuchungen zuständig ist.

Darüber hinaus untersuchte das Team die sichere Umwandlung von Biomasse in Energie durch das Vergasungsverfahren. „Wir haben detaillierte Kenntnisse über die Eigenschaften des Brennstoffs, seine Vergasungsparameter, das Schicksal der Schadstoffe und die Eigenschaften der hergestellten Endprodukte gewonnen", sagt Dr. Sebastian Werle von der Schlesischen Technischen Universität, der die Vergasungsversuche leitete. „Das kombinierte neue Wissen schafft eine solide Grundlage für die Planung zukünftiger Anlagen zur Behandlung von schwermetallbelasteter Biomasse.“

Die Ergebnisse von Phyto2Energy können sowohl Ingenieuren, die an großen Phytosanierungsprojekten arbeiten, als auch Projekten im Zusammenhang mit dem Landmanagement zugute kommen. "Die drei ausgewählten P. putida-Bakterienstämme können auch als Bestandteile von mikrobiologischen Komposit-Impfstoffen verwendet werden, die das Wachstum von Pflanzen stimulieren und möglicherweise eine breitere Anwendung im industriell orientierten Metabolic Engineering finden", schließt Prof. Płaza.

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

Phyto2Energie, Schwermetall, Biomasse, Phytosanierung, Vergasung, Phytostabilisierung
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