Agromining: Suche nach brasilianischen Anlagen, die Metalle anreichern

Umfeld

Mit Informationen von Agência FAPESP – 16. Juli 2025

Metallhyperakkumulatoren wie Pycnandra acuminata machen schätzungsweise nur 0,2 % aller derzeit bekannten Pflanzen aus. [Bild: Henry Benoit/Wikimedia]

Pflanzen, die Metalle anreichern

Forscher der Federal Rural University of Pernambuco (UFRPE) befinden sich auf einem regelrechten Kreuzzug auf der Suche nach Pflanzen, die Metalle in hohen Konzentrationen anreichern , besser bekannt als Metall-Hyperakkumulatoren.

Diese Pflanzen können dann angebaut, geerntet und verarbeitet werden, um die Metalle zu gewinnen. Dabei handelt es sich um eine neue wirtschaftliche Aktivität namens Phytomining oder Agromining .

Pflanzen mögen bestimmte chemische Elemente wie Stickstoff, Phosphor und Kalium (NPK) sehr, vertragen jedoch Metalle, insbesondere in hohen Konzentrationen, nicht gut. Es ist jedoch seit langem bekannt, dass Pflanzen Metalle wie Nickel, Zink, Kupfer, Mangan und sogar Gold in extrem hohen Konzentrationen anreichern .

Das Team von Professor Clístenes do Nascimento sucht nach nationalen Sorten dieser Pflanzen, die bereits in Albanien, Australien, Indonesien und Malaysia im Agrobergbau verwendet werden.

„Wir haben im Land bereits einige Pflanzenarten gefunden, die Nickel, Zink und Mangan übermäßig anreichern – darunter auch einige neue, die bisher unbekannt waren –, die uns für Tests in Gewächshäusern und im Freiland zur Verfügung stehen, um sie zu Bergbauunternehmen zu bringen und in Technosolen (aus Bergbauabfällen hergestellte Mineralsubstrate) zu implementieren“, erklärte der Forscher während eines Vortrags auf der Jahrestagung der Brasilianischen Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (SBPC), die noch bis Samstag auf dem UFRPE-Campus in Recife stattfindet.

Laut Clístenes wird geschätzt, dass Metallhyperakkumulatoren nur 0,2 % aller derzeit bekannten Pflanzen ausmachen – ein Universum von 350.000 bis 400.000 katalogisierten Arten. Zwei von ihnen, darunter Pycnandra acuminata , werden bereits kommerziell für den Agromining genutzt.

Das Team hat bereits Fortschritte bei der Verwendung einer Pflanze ( Atriplex nummularia ) zur Bindung des problematischen Cadmiums erzielt. [Bild: Cicero Aparecido Ferreira Araújo et al. - 10.1016/j.jhazmat.2025.137955]

Agrobergbau

Im Agromining sind Hyperakkumulatorpflanzen ideal, die eine hohe Biokonzentrationskapazität aufweisen – das heißt, sie können beispielsweise Nickel speichern. Darüber hinaus müssen sie eine hohe Kapazität zur Metallverlagerung in den oberirdischen Teil (den oberirdisch wachsenden Teil, einschließlich Stängel, Blätter, Blüten und Früchte) und eine hohe Biomasseproduktion aufweisen, um verbrannt werden zu können – das Erz wird dann aus der Asche gewonnen.

Um als Hyperakkumulator zu gelten, muss eine Pflanzenart die Fähigkeit besitzen, mehr als 100 Mikrogramm pro Gramm Cadmium, mehr als 300 Mikrogramm Kobalt, mehr als 1.000 Mikrogramm Nickel, 3.000 Mikrogramm Zink und 10.000 Mikrogramm Mangan aufzunehmen.

„Um Nickel für den Agrobergbau als effizient zu betrachten, muss eine Pflanzenart, die in Frage kommt, 10 Tonnen pro Hektar produzieren können“, erklärt der Forscher: „Wir fördern eine regelrechte Jagd im ganzen Land, die für diese Region ein großes Potenzial bietet, da sie die größte Pflanzenvielfalt der Welt aufweist.“

Durch Feldstudien in Niquelândia, Goiás, wo es große Nickelvorkommen gibt, konnten Forscher einige interessante Arten identifizieren. Diese weisen jedoch weiterhin Einschränkungen auf: Sie wachsen außerhalb des Cerrado schlecht, produzieren wenig Biomasse und akkumulieren nur wenig von dem Metall.

„Sie erreichen den Nickelkonzentrationsgrenzwert von 1.000 ppm [parts per million] des Metalls im oberirdischen Teil, um als Hyperakkumulatoren zu gelten, aber sie erreichen nicht das Ziel von 10.000 ppm, was sie für eine kommerzielle Nutzung interessant machen würde“, sagte Clístenes.

Röntgenfluoreszenz einer Hyperakkumulatorfrucht. Nickel in Rot, Kalzium in Grün und Kalium in Blau. [Bild: Sustainable Minerals Institute/University of Queensland]

Jagd auf Hyperakkumulatoren

Um Kandidaten für ideale Metall-Hyperakkumulatoren in Brasilien zu identifizieren, haben sich Forscher mit den führenden Bergbauunternehmen des Landes zusammengetan, um Feldstudien in Bergbaugebieten und anderen Orten durchzuführen, an denen so genannte ultramafische Böden (die beispielsweise aus Gesteinen mit sehr hohem Nickel-, Chrom- und Kobaltgehalt stammen) gefunden werden.

Laut dem Forscher nimmt dieser Bodentyp zwischen 1 und 3 Prozent der Erdoberfläche ein, weist einen geringen Gehalt an essentiellen Pflanzennährstoffen wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und Kalzium sowie einen hohen Magnesiumanteil auf. „Damit ein Boden landwirtschaftlich nutzbar ist, muss er in der Regel mehr Kalzium als Magnesium enthalten. Bei ultramafischen Böden ist dieses Verhältnis umgekehrt: Sie enthalten mehr Magnesium als Kalzium“, erklärte der Forscher.

„Daher sind die Pflanzen, die es geschafft haben, sich über Millionen von Jahren an diese Umgebungen anzupassen, etwas ganz Besonderes, denn einige sind in der Lage, die Aufnahme der in diesen Böden vorhandenen Metalle wie Nickel, Chrom, Kobalt und Ferromangan zu vermeiden. Andere, wie beispielsweise Hyperakkumulatoren, haben die Fähigkeit entwickelt, in diesen nährstoffarmen Böden zu wachsen, die reich an für andere Arten giftigen Schwermetallen sind, und diese in hohen Konzentrationen aufzunehmen“, fügte er hinzu.

Die Suche nach in Brasilien heimischen Hyperakkumulatorpflanzen dürfte mit der kürzlich vom Nationalen Rat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung (CNPq) genehmigten Gründung des Nationalen Instituts für Biotechnologie im Mineraliensektor (Inabim) weiter an Fahrt gewinnen. Das Institut wird von Clístenes koordiniert und ist an der UFRPE angesiedelt. Zu den Zielen des Inabim gehört es, Lösungen für nationale Herausforderungen zu finden, wie etwa die Renaturierung von durch Bergbau zerstörten Gebieten, die Nutzung von Abfällen und die Produktion neuer Materialien.

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