Aus Minenabfall wird gesunder Boden

Rückstände, der Abfall, der nach der Gewinnung wertvoller und kritischer Mineralien zurückbleibt, enthalten oft schädliche Chemikalien und Schwermetalle, die Böden, Wasser und sogar Ernten verunreinigen können. Weltweit gibt es über 1.800 Tailings-Lageranlagen, und im Jahr 2019 stürzte ein Tailings-Damm in Brasilien ein; Fast 300 Menschen ertranken in den Abfällen, die auch lokales Land und Wasserstraßen verschmutzten.

Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Forschern der University of Queensland eine innovative Methode entwickelt, um schädliche Rückstände in gesunden Boden umzuwandeln. Die Wissenschaftler nutzten die Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan, um den zugrunde liegenden Mechanismus ihres Prozesses zu bestimmen.

Longbin Huang, Professor an der University of Queensland, sagte, es sei kostspielig und ökologisch riskant, Abraumhalden langfristig zu lagern, und andere Verfahren zur Sanierung von Minenabfällen seien langsam und extrem teuer. „Grundsätzlich haben wir technische Lösungen in den Kontext der natürlichen Bodenbildung aus Gesteinen einbezogen, da Abraumhalden einige nützliche Mineralien enthalten, die auch in natürlichen Gesteinen vorkommen.“ Ihre Lösung, sagte er, könnte weltweit Milliarden von Dollar einsparen und zahlreiche Vorteile für die Umwelt mit sich bringen.

„Rückstände haben keine biologisch freundlichen Eigenschaften für den Pflanzenanbau. Wurzeln und Wasser können nicht in sie eindringen, und lösliche Salze und Metalle in Rückständen können Pflanzen und Bodenmikroben töten“, sagte Huang. „Wenn man darauf wartet, dass die Natur die Rückstände langsam verwittert und in Erde verwandelt, könnte es ein paar tausend Jahre dauern.“

Huang und Kollegen haben einen Weg gefunden, natürliche Bodenbildungsprozesse zu beschleunigen, um Rückstände in gesunden Boden umzuwandeln. Sie haben kürzlich veröffentlicht ihre Erkenntnisse im Tagebuch Umweltwissenschaft und -technologie.

„Wir können diese riesigen Mengen an biologisch feindlichen Rückständen in Wachstumsmedien umwandeln, die natürlichen Böden ähneln, indem wir eine Bodenstruktur entwickeln, die die biologische Aktivität von Mikroben und Pflanzen ermöglicht und so im Grunde ein natürliches Ökosystem schafft“, erklärte er.

Der Prozess beinhaltet die Förderung des Wachstums bestimmter Mikroben in Rückständen, die mit Pflanzenmulch aus landwirtschaftlichen Abfällen und städtischen Grünabfällen bearbeitet wurden. Diese Mikroben „fressen“ die organischen Stoffe und Mineralien im Rückstand und wandeln sie in funktionelle Aggregate (oder Bodenkrümel) um, die Bausteine ​​eines gesunden Bodens.

„In Bodenkrümeln gibt es mikrobiell aktive Oberflächen, die in verdichteten Rückständen eine Porosität entwickeln, die das Überleben von Gas, Wasser, Wurzeln und Mikroben ermöglicht, genau wie in Ackerböden. Daher wird die tote Mineralmatrix der Rückstände zu einem bodenähnlichen Medium.“ Dadurch können Pflanzen wachsen.“ Huang wies darauf hin, dass dieser Prozess – der in nur 12 Monaten stattfinden kann – auch zur Wiederherstellung von Böden genutzt werden kann, die durch Überlandwirtschaft, übermäßigen Einsatz von Düngemitteln und den Klimawandel geschädigt wurden.

Mithilfe des Synchrotronlichts des CLS konnten die Wissenschaftler den detaillierten Mechanismus visualisieren, wie sie die organisch-mineralischen Grenzflächen entwickeln und die Rückstände revitalisieren konnten.

„Wir mussten die SM-Beamline verwenden, um die unmittelbaren Grenzflächen im Nanometerbereich zu entschlüsseln und herauszufinden, wie sich die Mineralien verändern und wie sie mit organischen Stoffen interagieren“, sagte Huang. „Der Zugang zur Anlage und die fachmännischen Beiträge des Personals der Strahlanlage waren entscheidend, damit wir qualitativ hochwertige Daten sammeln und somit zuverlässige wissenschaftliche Beweise erhalten konnten.“

Das Team hat außerdem einen Feldversuch und einen umfangreichen Gewächshausversuch durchgeführt, bei dem die sanierten Abraumhalden für den Anbau von Feldfrüchten und einheimischen Pflanzen genutzt wurden.

„Wir sind zuversichtlich, dass es funktioniert. Der Mais und das Sorghum lieben es!“ er sagte. „Die Technologie ist jetzt nutzbar. Jemand muss sie nur an meinen Standorten einsetzen.“ Derzeit sind die Forscher auf der Suche nach Industriepartnern.

Die Forschungsgruppe hofft, dass ihre Methode die Kosten und Risiken durch Bergbauaktivitäten, Umweltverschmutzung und sogar die Menge an Düngemitteln, die Landwirte benötigen, erheblich reduzieren könnte.