Industriebrachen: Wenn Mikroben gegen Gift im Boden helfen

In der EU gibt es schätzungsweise 2,8 Millionen verunreinigte Standorte, von alten Industriegebieten bis hin zu Mülldeponien. Die Sanierungsanstrengungen sind von Mitgliedstaat zu Mitgliedstaat unterschiedlich, wobei Deutschland und die Niederlande führend sind.

Ein Beispiel liegt in Frankreich: Bäume und andere Pflanzen wachsen auf dem Gelände einer ehemaligen Seifenfabrik im Nordwesten des Landes. Obwohl das Grün den Eindruck erweckt, in der Gemeinde Ploufragan an der bretonischen Küste sei alles in Ordnung, hat eine Waschmittelfabrik ein Chaos hinterlassen. Der umliegende Boden ist mit giftigen Kohlenwasserstoffen gesättigt: Nebenprodukte der Seifenherstellung.

Kontaminierte Böden sind ein drängendes Problem

Die Bekämpfung solcher Umweltschäden ist eine Priorität für Dr. Thomas Reichenauer im Rahmen eines von der EU geförderten Forschungsprojekts. In diesem Projekt untersucht er, wie Mikroben zur Beseitigung von Schadstoffen im Boden und Grundwasser eingesetzt werden können.

Das Problem ist drängend, da giftige Substanzen im Boden in Pflanzen eindringen können, die dann von Tieren gefressen werden und ins Grundwasser gelangen können, 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 abgebaut hat“, erklärt er.

Die Bedeutung des Grundwassers wird durch den sich verschärfenden Klimawandel, der zu immer schwereren Dürren führen kann, noch akuter. Auch wenn Grundwasser eine immer wertvollere Ressource wird, kann es weniger zum Trinken zur Verfügung stehen, wenn es Schadstoffe aus der Industrie enthält.

Reichenauer koordiniert das von der EU geförderte Projekt MIBIREM, das den Prozess der Boden- und Grundwassersanierung beschleunigen soll, indem es mehr über das Mikrobiom - die Ansammlung von Mikroorganismen in einer bestimmten Umgebung - erforscht.

Die Wissenschaftler wollen herausfinden, wie die Mikroben zusammenarbeiten, um drei bestimmte Schadstoffe abzubauen: Zyanide, Hexachlorcyclohexan und Mineralölkohlenwasserstoffe.

Mineralölkohlenwasserstoffe sind weit verbreitet. Zyanide und Hexachlorcyclohexan kommen zwar weniger häufig vor, sind aber giftig genug, um die Entwicklung von Technologien zu ihrem Abbau zu rechtfertigen. Die Initiative startete im Oktober 2022 und läuft bis Ende März 2027.

Bioremediation: Mikroben verwerten Schadstoffe

Bioremediation heißt das Verfahren, bei dem Mikroben dazu angeregt werden, Schadstoffe vermehrt zu verwerten. Im Fall von Cyaniden könnte dem Boden zum Beispiel Traubenzucker zugesetzt werden, sagt der studierte Genetiker und Pflanzenphysiologe Reichenauer. „Bioremediation ist umweltfreundlich, weil wir keine giftigen oder gefährlichen Chemikalien einsetzen müssen“, erklärt er.
Es gibt auch andere Möglichkeiten, Schadstoffe aus dem Boden zu entfernen. Pflanzen wurden als mögliche Methode zur Entfernung von Schwermetallen untersucht. Aber es gibt nur wenige kommerzielle Projekte, weil der Entfernungsprozess - eine andere Form der biologischen Sanierung - langsam ist.

Chemische Sanierungen sind zwar schneller, bieten aber nur eine Teillösung, da sie in der Regel giftige Substanzen entfernen, indem sie von vornherein weniger hinzufügen.
MIBIREM wird sich ganz auf den Einsatz von Mikroben konzentrieren, da diese laut Reichenauer die schnellste und umweltfreundlichste Option darstellen.

Werkzeuge, um kontaminierte Industrieböden wieder zu kultivieren

Ziel des Projekts ist es, Werkzeuge für die Bioremediation an verschiedenen Industriestandorten in Europa zu entwickeln. In einigen Fällen hoffen die Wissenschaftler, besonders nützliche Mikroben zu identifizieren und für den späteren Einsatz zu kultivieren. MIBIREM konzentriert sich auf die Entwicklung von Technologien, die vor Ort eingesetzt werden können, um den mühsamen Aushub und Transport von Erde zu vermeiden. Da das Projekt hauptsächlich auf Industriestandorte abzielt, die sich oft in städtischen Gebieten befinden, ist die Behandlung des Bodens am ursprünglichen Standort manchmal die einzige Option.

Im Fall des Fabrikgeländes in Ploufragan, auf dem bis Mitte der 1990er Jahre fast ein halbes Jahrhundert lang Seife hergestellt wurde, bedeutet dies, dass das Gelände behandelt werden kann, ohne die Vegetation zu entfernen, die seit dem Abriss der Gebäude im Jahr 2017 dort gewachsen ist. „Wenn man nachweisen kann, dass es auf dem Feld funktioniert, stehen die Chancen gut, dass es später auch kommerziell genutzt werden kann“, sagt Reichenauer.

Der Weltmarkt für mikrobielle Bioremediation wird für das Jahr 2021 auf rund 42 Millionen Euro geschätzt. Bis zum Ende des Jahrzehnts soll er auf rund 85 Millionen Euro anwachsen.

Reichenauer versuchte, die Bedenken der Menschen zu zerstreuen, dass das Mikrobiom des Bodens verändert werden könnte, um Schadstoffe zu beseitigen, und sagte, dass solche Veränderungen weder negativ noch positiv seien und dass sie unabhängig von menschlichen Eingriffen im Einklang mit den Umwelteinflüssen aufträten.
MIBIREM könnte der EU helfen, die Ziele der Bodenkonvention für Europa zu erreichen, die einen Übergang zu gesunden Böden bis 2030 anstrebt.

Pilotprojekte zur Bioremediation

Der Einsatz von Mikroben zur Bioremediation stand auch im Mittelpunkt des von der EU geförderten Projekts GREENER, das im August dieses Jahres nach viereinhalb Jahren zu Ende geht. Es umfasste Pilotprojekte in Belgien, Irland, Spanien und China.

In der spanischen Stadt Toledo beispielsweise wurde der Boden einer ehemaligen Maschinenfabrik ausgehoben und vor Ort mit Mikroben behandelt, um Kohlenwasserstoffe zu entfernen. In einem Feuchtgebiet in Belgien sorgten Mikroben dafür, dass Schwermetalle aus dem Grundwasser entfernt werden konnten, ohne es zu extrahieren. „Wir arbeiten mit Kunden zusammen, die ein Kontaminationsproblem haben, und unterstützen Unternehmen bei der Sanierung des Standorts“, erklärt Projektkoordinatorin Rocío Barros. „Ein besseres Verständnis des Mikrobioms im Boden wird sehr wichtig sein, um die Technologien zur Bekämpfung der Bodenverschmutzung zu verbessern.“

GREENER ging in einem Punkt über MIBIREM hinaus: Es versuchte, während des Bioremediationsprozesses Energie zu erzeugen. Durch die Kopplung der Energieerzeugung mit der Boden- und Abwasserreinigung wollte GREENER einen Beitrag zur Diversifizierung der Energiequellen der EU leisten 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, sind die Ergebnisse auf diesem Gebiet nicht sehr vielversprechend.

„Nicht alle mikrobiellen Brennstoffzellen haben eine ausreichende Leistung erreicht, um in größerem Maßstab eingesetzt zu werden“, erklärt sie.Dieser Aspekt des Projekts verdeutlicht die mit Forschung und Entwicklung verbundenen Risiken und damit die Bedeutung von Finanzierungsquellen, einschließlich der EU. Einige mikrobielle Brennstoffzellen für die Wasseraufbereitung haben ihr Potenzial bereits unter Beweis gestellt. „Der Einsatz von Brennstoffzellen in Feuchtgebieten war sehr gut“, sagt Barros. In der Hoffnung, dass mikrobielle Brennstoffzellen noch weiter verbessert werden können, versucht sie nun, einen Film zu entwickeln, der auf die Zellen aufgetragen werden kann, um die Stromerzeugung zu verbessern.

Dieser Artikel erschien zuerst in Horizon.