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Blumen auf einer Wiese

Pflanzen als Lagerstätten von Metall nutzen

"Hightech" aus den Blättern und Blüten von Pflanzen gewinnen: Das klingt unwahrscheinlich, wird aber gerade von der Nanotechnologie erforscht. Aus den Pflanzen lassen sich nämlich Metalle gewinnen, und das in enorm präzisen Strukturen. Eines Tages könnte das für winzige Computerspeicher verwendet werden.

Nanophysik 30.09.2015

Die österreichische Bionikerin und Nanophysikerin Ille Gebeshuber forscht in Malaysien u.a. auf diesem Gebiet und stellt in einem science.ORF.at-Interview die junge Forschungsrichtung vor.

science.ORF.at: Wie kann man sich "Bergbau mit Pflanzen" vorstellen?

Ille Gebeshuber: Verschiedene Pflanzen akkumulieren oder hyperakkumulieren Metalle - wie Cadmium, Kobalt, Blei, Silber, Kupfer und so weiter. Die meisten von ihnen Nickel. Manche Pflanzen haben bis zu zehn Prozent ihres Trockengewichts in Nickel. Das heißt, wenn man 100 Kilogramm getrocknetes Pflanzenmaterial verbrennt, dann gewinnt man thermische Energie und zehn Kilogramm Nickel.

Das ist auch deshalb interessant, weil die Pflanzen die Metalle aus dem Boden herausholen, ohne Schäden anzurichten. Sie reinigen den Boden, sie akkumulieren Metalle und sie bereiten den Boden für nachfolgende Nutzung vor - zum Beispiel durch ganz gewöhnliche Ackerpflanzen.

Artikel:

Ille Gebeshuber hat vor Kurzem mit Kollegen den Review Article "Raw Materials Synthesis from Heavy Metal Industry Effluents with Bioremediation and Phytomining: A Biomimetic Resource Management Approach" in der Fachzeitschrift "Advances in Materials Science and Engineering" veröffentlicht.

Links:

ORF III Sendungshinweis:

Ille Gebeshuber ist heute, am 30.9., um 22:00 auch zu Gast im science.talk auf ORF III .

Welche Menge lässt sich realistisch so fördern?

Die Metallmenge ist nicht mit konventionellem Bergbau zu vergleichen. Bei diesem werden viele Tonnen von Metallen gefördert. "Phytomining", also der Bergbau mit Pflanzen, ist eher ein Nischenbergbau. Zum Beispiel für Abraumhalden von konventionellen Bergbaugebieten, für schwermetallverseuchte Böden und Abwässer sowie Nischen, wo konventioneller Bergbau nicht rentabel ist.

In manchen Fällen hyperakkumulieren Pflanzen aber Metalle: Das heißt, zum Schluss beinhalten diese Pflanzen so viel Metall, dass es sich auszahlt, sie am Ende ihres Lebenszyklus zu verbrennen, um aus dem sogenannten "Bioerz" dann das Metall zu gewinnen.

Eignet sich das auch für Räume, in denen sonst gar keine Nutzung möglich ist, in Zwischenräumen von Städten zum Beispiel?

Es gibt viele Böden und Abwässer, die hochgradig schwermetallverseucht sind, gerade in Industriegebieten. Das sollte man natürlich zuerst versuchen zu vermeiden. Wenn man aber schon verseuchten Boden hat, etwa in der Stadt, ist es eine wunderbare Anwendungsmethode, wenn man dort Pflanzen wachsen lässt - die durch ihre Schönheit die Herzen erfreuen, die blühen und die eine ganz normale Wachstumsperiode durchmachen. Dann, am Ende ihres Lebenszyklus verbrennt man sie und gewinnt das Metall. Man gibt den Pflanzen, was sie mögen, und man bekommt von den Pflanzen, was sie geben können. Es ist ein Geben und Nehmen, kein Ausnützen.

Was interessiert Sie daran als Bionikerin - also als jemand, der sich die Mechanismen der Natur zum Vorbild nimmt?

Für mich ist höchstinteressant, dass die Pflanzen eine Methode entwickelt haben, die Metalle aus den Böden herauszuholen, die sehr umweltfreundlich und sehr nachhaltig ist. Man könnte durch die Erforschung der Art und Weise, wie die Pflanzen das machen, eine völlig neue Art entwickeln Metalle zu gewinnen.

Eine weitere mögliche Anwendung wären Nanopartikel: Denn Pflanzen können etwas, was wir Menschen noch nicht sehr gut beherrschen: Sie erzeugen Nanopartikel mit absolut geordneter Größe und Struktur.

Wir können zwar auch Nanopartikel herstellen, aber wenn wir eine bestimmte Bandbreite der Größe wollen, sagen wir genau 50 bis 51 Nanometer, oder eine bestimmte Form, dann wird die Methode, die wir verwenden, immer teurer. Der Preis für ein Gramm Goldnanopartikel liegt bei ungefähr 400 US-Dollar - das sind aber ganz normale Nanopartikel mit einer relativ weiten Bandbreite der Größe. Je spezieller aber der Anwendungsbereich ist, je spezieller diese Nanopartikel geformt sein müssen, desto teurer werden diese Partikel.

Was bringt diese präzise Größe und Form in der Nanotechnologie?

Bei Nanopartikeln ist es wichtig, dass sie eine reproduzierbare Größe und Form haben. Ein bisschen größer oder ein bisschen kleiner bedeutet zum Beispiel eine andere Farbe; und eine andere Form bedeutet eine andere Funktionalität der Nanopartikel. Die können zum Beispiel wasser- oder schmutzabweisend sein und vieles mehr. Nanopartikel werden in medizinischen Anwendungen genutzt, für Oberflächenbeschichtungen oder um Schmiermittel zu verbessern.

Und wie gewinnt man die Nanopartikel, ich nehme nicht an, dass man die Pflanzen verbrennt?

Nein. Daran wird noch geforscht, etwa an der Yale University. Was mich interessiert, ist, dass siebzig verschiedene Mineralien von Organismen hergestellt werden: metallische Nanopartikel, Oxide, Sulfide, organische Kristalle. Es gibt Algen, die Glas bauen, es gibt Organismen im Meer, die sich ein Haus aus Strontiumsulfat bauen - und diese Materialien haben in vielen Fällen nicht nur die Materialeigenschaften, sondern auch eine Struktur, die dem Material eine gewisse Funktion verleiht.

Gibt es da schon konkrete Beispiele - welche Nanopartikel aus welchen Organismen man wofür einsetzen kann?

Das ist im Moment alles im Entwicklungsstadium. Aber ein vorstellbarer Nutzen sind zum Beispiel die magnetischen Speichereinheiten auf einer Computerfestplatte. Das sind kleine Kristalle - je kleiner sie sind, desto größer ist die Speicherdichte - weil diese "Einser und Nuller", die im Computer die Information speichern, ja in diesen kleinen Kristallen repräsentiert sind, die man dann magnetisch umpolt. Und es wäre zum Beispiel eine Idee, magnetische Bakterien dazu zu bringen, genau diese magnetischen Einkristalle herzustellen, die man in der Computerindustrie braucht.

Das Interessante ist, dass diese Bakterien solche Einkristalle in atomarer Perfektion herstellen können - ohne Fehlstellen. Das heißt, die Magnete sind so stark, wie es überhaupt nur theoretisch möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Herstellung dieser Magnete durch Bakterien wäre, dass es unter Umgebungsbedingungen funktioniert. Also: im Wasser, bei ganz normaler Temperatur und normalem Druck. Wenn wir Menschen hingegen Magnete produzieren, brauchen wir hohe Temperaturen und extreme Bedingungen.

Isabella Ferenci, Ö1 Wissenschaft

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