Die Antwort auf die Sanierung kontaminierter Industriestandorte in Europa könnte in den bereits vorhandenen Mikroben liegen.
Auf dem Gelände einer ehemaligen Seifenfabrik im Nordwesten Frankreichs wachsen Bäume und andere Vegetation. Während das Grün darauf hindeutet, dass in der Gemeinde Ploufragan nahe der bretonischen Küste alles in Ordnung ist, ist in Wahrheit eine Fabrik zur Herstellung von Reinigungsmitteln ein Chaos hinterlassen worden. Der umgebende Boden ist mit giftigen Kohlenwasserstoffen gesättigt – Nebenprodukten der Seifenproduktion.
Dringendes Problem
Die Bekämpfung solcher Umweltschäden hat für Dr. Thomas Reichenauer Priorität im Rahmen eines von der EU geförderten Forschungsprojekts, in dem untersucht wird, wie Mikroben zum Abbau von Schadstoffen im Boden und Grundwasser eingesetzt werden können.
Das Problem sei dringlich, weil giftige Substanzen im Boden in Pflanzen eindringen, von Tieren gefressen und ins Grundwasser gelangen könnten, so Reichenauer, leitender Wissenschaftler am Österreichischen Institut für Technologie in Wien.
„Bei diesen Schadstoffen, an denen wir arbeiten, wird es Jahrzehnte – oder Hunderte von Jahren – dauern, bis die Natur sie vollständig abbaut“, sagte er.
Die EU hat eine Schätzung 2,8 Millionen Altlasten von alten Industriegebieten bis hin zu Mülldeponien. Die Aufräumarbeiten sind in den einzelnen Mitgliedstaaten unterschiedlich, wobei Deutschland und die Niederlande führend sind.
Die Grundwasserdimension ist umso dringlicher, als der Klimawandel zunimmt und immer schlimmere Dürren auszulösen drohen. Auch wenn Grundwasser zu einer immer kostbareren Ressource wird, steht möglicherweise weniger Trinkwasser zur Verfügung, wenn es industrielle Schadstoffe enthält.
Reichenauer koordiniert ein Projekt namens MIBIREM Das hat EU-Mittel erhalten, um den Prozess der Dekontamination von Boden und Grundwasser zu beschleunigen, indem es mehr über ihr Mikrobiom – die Ansammlung von Mikroorganismen in einer bestimmten Umgebung – erfährt.
Die Forscher versuchen herauszufinden, wie Mikroben interagieren, um drei bestimmte Schadstoffe abzubauen: Cyanide, Hexachlorcyclohexan und Erdölkohlenwasserstoffe.
Erdölkohlenwasserstoffe kommen sehr häufig vor. Obwohl Cyanide und Hexachlorcyclohexan weniger verbreitet sind, sind sie giftig genug, um die Entwicklung einer Technologie zu ihrem Abbau zu rechtfertigen.
Die Initiative startete im Oktober 2022 und läuft bis Ende März 2027.
Auf Nimmerwiedersehen
Der Prozess, durch den Mikroben dazu angeregt werden können, ihren Schadstoffverbrauch zu steigern, wird als Bioremediation bezeichnet.
Im Fall von Cyaniden könnte beispielsweise Glukose dem Boden zugesetzt werden, so Reichenauer, der ursprünglich gelernter Genetiker und Pflanzenphysiologe ist.
„Bioremediation ist umweltfreundlich, da wir keine giftigen oder gefährlichen Chemikalien einführen müssen“, sagte er.
Es gibt andere Möglichkeiten, Schadstoffe aus dem Boden zu entfernen.
Pflanzen wurden als potenzielle Methode zur Entfernung von Schwermetallen untersucht. Es gibt jedoch nur wenige kommerzielle Unternehmungen, da der Entfernungsprozess – eine andere Form der biologischen Sanierung – langsam ist.
Die chemische Sanierung ist zwar schneller, bietet jedoch nur eine Teillösung, da sie in der Regel von Anfang an giftige Substanzen durch die Zugabe weniger entfernt.
MIBIREM wird sich ausschließlich auf die Verwendung von Mikroben konzentrieren, da diese laut Reichenauer das Potenzial haben, die schnellste und umweltfreundlichste Option zu sein.
Bodenwerkzeuge
Ziel des Projekts ist es, biologische Sanierungswerkzeuge für verschiedene Industriestandorte in ganz Europa zu entwickeln. In manchen Fällen hoffen Forscher, besonders nützliche Mikroben zu identifizieren und für eine spätere Verwendung aufzubewahren.
MIBIREM konzentriert sich auf die Entwicklung von Technologien, die vor Ort eingesetzt werden können, und erspart sich den Aufwand für den Erdaushub und -transport. Da das Projekt hauptsächlich auf Industriestandorte abzielt, die oft in städtischen Gebieten liegen, ist die Behandlung des Bodens am ursprünglichen Standort manchmal die einzige Option.
Im Fall des Fabrikgeländes in Ploufragan, wo bis Mitte der 1990er-Jahre fast ein halbes Jahrhundert lang Seife produziert wurde, hieße das, dass man die Fläche behandeln könnte, ohne die Vegetation auszugraben, die dort seit dem Abriss der Gebäude im Jahr 2017 gewachsen ist.
„Wenn man zeigen kann, dass es in der Praxis funktioniert, dann ist die Chance groß, dass es später kommerziell angewendet werden kann“, sagte Reichenauer.
Der globale Markt für mikrobielle Bioremediation wurde mit bewertet rund 42 Millionen Euro im Jahr 2021. Bis zum Ende des Jahrzehnts soll es auf etwa 85 Millionen Euro anwachsen.
Reichenauer versuchte, etwaige Bedenken der Menschen hinsichtlich der Veränderung des Mikrobioms des Bodens zur Entfernung von Schadstoffen auszuräumen, indem er sagte, dass solche Veränderungen weder negativ noch positiv seien und im Einklang mit Umwelteinflüssen unabhängig von menschlichem Eingreifen stünden.
MIBIREM könnte der EU dabei helfen, die Ziele zu erreichen, die im Rahmen einer Mission namens „A Soil Deal for Europe“ festgelegt wurden, die einen Übergang zu gesunden Böden bis 2030 anstrebt.
Pilotprojekte
Der Einsatz von Mikroben zur biologischen Sanierung stand auch im Mittelpunkt eines EU-finanzierten Projekts namens GRÜNERdas im August dieses Jahres nach viereinhalb Jahren abgeschlossen sein soll.
Es umfasste Pilotprojekte in Belgien, Irland, Spanien und China.
In der spanischen Stadt Toledo beispielsweise wurde Boden aus einem ehemaligen Maschinenpark ausgehoben und vor Ort behandelt, wo Mikroben zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen eingesetzt wurden. Für ein Feuchtgebiet in Belgien ermöglichten Mikroben die Entfernung von Schwermetallen aus dem Grundwasser, ohne es zu extrahieren.
„Wir arbeiten mit Kunden zusammen, die ein Kontaminationsproblem haben, und unterstützen Unternehmen, die Sanierungen am Standort durchführen“, sagte Rocío Barros, der Projektkoordinator. „Ein besseres Verständnis des Mikrobioms im Boden wird für die Verbesserung von Technologien zur Bekämpfung der Bodenverschmutzung sehr wichtig sein.“
Energiewinkel
GREENER ging in einer Hinsicht über MIBIREM hinaus: beim Versuch, während des Bioremediationsprozesses Energie zu erzeugen.
Durch die Verknüpfung der Energieerzeugung mit der Boden- und Abwasserreinigung wollte GREENER zur Diversifizierung der Energiequellen in der EU beitragen und gleichzeitig Schadstoffe aus der Umwelt entfernen.
Die Energiekomponente umfasst den Einsatz mikrobieller Brennstoffzellen. Wenn Mikroben organische Moleküle wie Kohlenwasserstoffe abbauen, wird chemische Energie in nutzbare elektrische Energie umgewandelt.
Laut Barros, der eine Forschungsgruppe für Umwelt, Nachhaltigkeit und Toxikologie an der Universität Burgos in Spanien leitet, waren die Ergebnisse an dieser Front alles andere als vielversprechend, wenn es um die Intensivierung solcher Aktivitäten geht.
„Nicht alle mikrobiellen Brennstoffzellen haben eine ausreichend gute Leistung für eine Vergrößerung erreicht“, sagte sie.
Dieser Aspekt des Projekts verdeutlicht die mit Forschung und Entwicklung verbundenen Risiken und damit auch die Bedeutung von Finanzierungsquellen, einschließlich der EU.
Einige der mikrobiellen Brennstoffzellen, die zur Wasseraufbereitung eingesetzt werden, haben Potenzial gezeigt.
„Der Einsatz der Brennstoffzellen in Feuchtgebieten war sehr gut“, sagte Barros.
In der Hoffnung, dass mikrobielle Brennstoffzellen weiter weiterentwickelt werden können, möchte sie nun eine Folie entwickeln, die ihnen hinzugefügt werden könnte, um die Stromerzeugung zu verbessern.