Hidden Champions der Botanik

Von Oliver Jesgulke
Unscheinbare Gewächse mit natürlichen Superkräften könnten in naher Zukunft helfen, Hungersnöte, den zerstörerischen Raubbau an Rohstoffen oder den Klimawandel zu stoppen. „tomorrow“ zeigt Beispiele und spricht mit der renommierten Molekular-Biologin Professor Ute Krämer von der Ruhr-Universität Bochum.

Phytomining

Natürliche Goldgräber

Phytomining: Natürliche Goldgräber
  • Metallgewinnung mithilfe von Pflanzen
  • Umweltfreundlich und günstig
  • Forschung noch am Anfang

Pflanzen als Bergmänner, die Rohstoffe aus der Erde klauben: Phytomining wird dieser Forschungsbereich genannt, der auf den vier Jahrzehnte alten Entdeckungen des britischen Botanikers Alan Baker und des US-Agrarwissenschaftlers Rufus Chaney basiert. Bisher weitestgehend unwirtschaftlich, sprießt das Phytomining mit sogenannten Hyperakkumulator-Pflanzen aufgrund von stark gestiegenen Rohstoffpreisen im wahrsten Sinne des Wortes wieder.

Hidden Champions der Botanik© privat
Mauersteinkraut
  • 100 kg Nickel aus 500 kg Asche
  • Wirtschaftlich ab 0,1 % Konzentration im Boden
  • Konventioneller Abbau erst ab 1 % Konzentration rentabel

Einer dieser floristischen Bergmänner ist das Mauersteinkraut. Das „Unkraut“ wird auf Feldern angebaut, geerntet und getrocknet, zum Beispiel rund um den stark mit Schwermetall belasteten Ohridsee in Albanien. Verbrennt man die Reste der Pflanzen, kann man aus 500 Kilo Asche immerhin 100 Kilo wertvolles Nickel gewinnen, das beispielsweise für Akkus und Lacke gebraucht wird. Zwar ist es wesentlich ertragreicher, tief unter der Erde zu schürfen, doch der Bio-Bergbau ist viel umweltfreundlicher.

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Pycnandra acuminata
  • 25 % Nickelgehalt im Pflanzensaft
  • Wächst nur in Neukaledonien
  • Eine von 65 Nickel-hyperakkumulierenden Arten auf Neukaledonien

Ein weiterer Nickelschürfer ist der nur auf der Hauptinsel Neukaledoniens wachsende Baum Pycnandra acuminata. Dessen Pflanzensaft besteht zu einem Viertel aus Nickel.

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Rohrglanzgras
  • Sehr hoher Energiegehalt für Biogas
  • 3 mg Germanium aus 1 kg Pflanze
  • Spezielle Züchtungen sollen Ertrag vervielfachen

Mittlerweile werden zur „Metall-Ernte“ beispielsweise von Kobalt, Tellur, Thallium und von seltenen Erden gezielt Pflanzenarten gezüchtet. Einer dieser Experten ist das bis zu 3,5 Meter tief wurzelnde Rohrglanzgras. Dessen Spezialgebiet: das Halbmetall Germanium. Es wird gebraucht für Glasfaserkabel, Infrarotsensoren, Chips und Solarzellen. Derzeit können aus einem Kilogramm Rohrglanzgras rund drei Milligramm Germanium gewonnen werden, spezielle Züchtungen sollen den Ertrag vervielfachen.

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Senf
  • 57 g pures Gold aus 1.000 kg Pflanzenasche
  • Goldnanopartikel für Hightech-Industrie
  • Bisher nur im Labor

Seit Jahrhunderten versuchen Wissenschaftler auf künstlichem Weg Gold herzustellen oder andere Metalle durch chemische Prozesse in Gold zu wandeln. Bisher ohne Erfolg. Jetzt kommt Phytomining ins Spiel: Pflanzen sollen nach Gold schürfen. Aus Senf lässt sich das Edelmetall extrahieren, allerdings in so verschwindend kleinen Mengen, dass es unrentabel ist.

Phytoremediation

Grüner Giftsauger

Phytoremdiation: Grüner Giftsauger
  • Pflanzen entziehen dem Boden Schadstoffe
  • Über 500 Pflanzenarten bekannt
  • Rekultivierung kontaminierter Industrieböden

Cadmium, Blei, Zink, Nickel, Platin oder Palladium – weltweit gibt es zahllose Flächen, die mit giftigen Metallen von Industrie, Militär und Landwirtschaft belastet sind. Allein in Deutschland sind es über 300.000 Flächen. Eine Sanierung der Böden ist immens kostspielig. Abhilfe kommt ausgerechnet aus der geschundenen Natur selbst: Pflanzen, die Schadstoffe aus dem Boden „saugen“ – im Fachjargon Phytoremediation genannt. Diese Form der Dekontamination ist jedoch ein langsamer Prozess, der Jahre dauert. Ziel ist deshalb die Züchtung großblättriger Pflanzen, die mehr Altlasten aus dem Erdreich heraussaugen und es so schneller wieder nutzbar machen.

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Hallersche Schaumkresse
  • Entgiftung von landwirtschaftlichen Böden
  • Cadmium, Blei, Zink, Nickel, Kupfer
  • Asche enthält bis zu 20 % Metalle

Arabidopsis halleri, die Hallersche Schaumkresse, kann hohe Konzentrationen von Schwermetallen über die Wurzel aufnehmen, die für Mensch und Tier hochgiftig wären. Damit schützt sie sich vor Fressfeinden. Die Art gehört zu den Hyperakkumulator-Pflanzen und gedeiht am Rande stillgelegter Bergwerke, alter Stahlhütten und Industriebrachen.

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Dickstielige Wasserhyazinthe
  • Lagert Arsen in ihren Wurzeln ein
  • Reinigt Trinkwasser von Arsen
  • Als lebende Pflanze oder als Pulver nutzbar

Auch Wasserpflanzen können für Phytoremediation genutzt werden. So nimmt die Dickstielige Wasserhyazinthe, eigentlich ein aus Südamerika eingeschlepptes Unkraut, Giftstoffe im Wasser auf und reinigt beispielsweise das Trinkwasser von Arsen. Forscher haben festgestellt, dass selbst ein Pulver aus den getrockneten Wurzeln einer Wasserhyazinthe ausreicht, um Arsen aus dem Wasser zu filtern.

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Topinambur
  • Wächst sehr schnell
  • Einsetzbar gegen Cadmium, Blei, Nickel, Kupfer und Zink
  • Hoher Energiegehalt: 20 Tonnen entsprechen 6.400 Liter Heizöl

Die schnell wachsende Nutzpflanze mit ihren kartoffelartigen Knollen gedeiht auch auf kargen Böden. Ursprünglich stammt sie aus Nord- und Südamerika. Topinambur nimmt hohe Mengen verschiedener Schwermetalle in Wurzel, Spross und Knollen auf. Außerdem eignet sich die Pflanze zur Herstellung von Bioethanol.

Filtration

Luftreiniger

Filtration: Luftreiniger
  • Reinigung der Luft durch Pflanzen
  • Filtern bis zu 95 % Schadstoffanteil aus der Luft
  • U.a. Formaldehyd, Benzol, Nikotin, Trichlorethylen

Dass Pflanzen für eine angenehme Wohlfühl-Atmosphäre sorgen, ist bekannt. Sie können aber noch viel mehr als hübsch aussehen: Sie speichern Feinstaub und Klima- sowie gesundheitsgefährdende Gase wie CO2 und Stickstoff und wandeln diese durch Fotosynthese in Sauerstoff um.

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Moos
  • Bindet u.a. Stickstoff, CO2, Feinstaub
  • Temperaturunabhängig von –30 bis +70 Grad
  • Gilt als Wasserspeicher und -regulierer

Im eigenen Garten ist es meist sehr unbeliebt und lässt sich nur schwer beseitigen. Doch Moos kann dem aktiven Umweltschutz dienen. Da Moos keine Wurzeln hat, holt sich die Pflanze ihre Nährstoffe aus der Luft. Dazu zählen Stickstoff, Kohlendioxid, Feinstaub und andere Abgasbestandteile. Im Elektrowagen Sion von Sono soll Moos als Luftfilter für den Innenraum fungieren. Die Idee: Durch die negative Aufladung des Mooses werden positiv geladene Feinstaubpartikel aus der Luft gefiltert. Nach einem ähnlichen Prinzip funktionieren übrigens auch Mikrofasertücher.

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Grünlilie
  • Erforschte die NASA als Luftfilter in Raumstationen
  • Zimmerpflanze, nicht frostfest
  • Beseitigt auch die Giftstoffe Xylolen und Toluol aus der Luft

Laut einer NASA-Studie filtert die aus Südafrika stammende Grünlilie bis zu 95 Prozent von Schadstoffen aus der Luft. Enzyme in den Blättern zerlegen Formaldehyd, Benzol, Kohlenmonoxid und andere in gefahrlose Stoffe. Wie Moos reguliert die Pflanze die Luftfeuchtigkeit.

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Efeu
  • Hohe Filterleistung von bis zu 94 %
  • U.a. Benzol und Trichlorethylen, Schimmel
  • Als Kletterpflanze oder Bodendecker

Auch der Efeu ist ein sehr wirkungsvoller Luftfilter. Laut der NASA-Studie fischt er 94 % der Schadstoffe aus der Luft. Als Zimmerpflanze ist Efeu besonders gegen Schimmel effektiv: Die Pflanze kann der Raumluft in zwölf Stunden bis zu 80 Prozent aller Schimmelsporen entziehen.

Energie & Dekontamination

Alleskönner Alge

Energie & Dekontamination: Alleskönner Alge
  • Einsatz als Energiespeicher
  • Basis für Biokraftstoffe
  • Wandlung von radioaktiven Stoffen

Algen sind eine faszinierende Lebensform. Sie leben wie Pflanzen von der Fotosynthese, setzen diese aber viel schneller um und wachsen fast explosionsartig. Algen können für Biokraftstoffe, biologische Straßenbeläge und als Bioreaktoren für Warmwasser und zum Heizen von Gebäuden eingesetzt werden. Zugleich taugen sie dazu, Radionuklide wie strahlendes Silber, Cäsium, Zink, Kobalt oder Uran aus der Erde zu ziehen.

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Dekontamination
  • Mikroalge vermehrt sich mithilfe von strahlenden Isotopen
  • Nimmt radioaktive Partikel auf und speichert sie
  • Überlebt 4.000-fach höhere Strahlendosis als der Mensch

Eine einzellige Mikroalge vermehrte und ernährte sich bei Versuchen in einem Abklingbecken für Kernbrennstoffe gewissermaßen von den strahlenden Isotopen. Ergebnis: Die Pflanze reinigt das verstrahlte Kühlwasser. Dazu werden strahlende Partikel aufgenommen und gespeichert. Die Alge überlebt so eine Strahlendosis von 20.000 Gray. Zum Vergleich: Eine Dosis ab fünf Gray reicht aus, um einen Menschen zu töten. Wissenschaftler wollen mit der Alge kontaminierte Areale wie in Fukushima oder Tschernobyl reinigen und wieder bewohnbar machen.

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Biokraftstoff
  • Weitestgehend CO2-neutrale Kraftstoffe
  • Schnell nachwachsend
  • Verfahren noch nicht ausreichend erforscht

Algen können durch unterschiedliche Verfahren als Biokraftstoff genutzt werden. Aus einigen Algenarten kann Öl gewonnen werden. Dieses kann durch Umesterung in einen mit Diesel vergleichbaren Kraftstoff umgesetzt werden. Alternativ werden die Kohlenhydrate, die einen großen Anteil der Algenmasse ausmachen, durch Gärung zu Ethanol oder in Gasform zu Methan und Kohlendioxid gewandelt. Auch die Gewinnung von Wasserstoff ist möglich.

Hidden Champions der Botanik© Chokniti/Adobe Stock
Bioreaktor
  • Umwandlung des Klimakillers CO2 in Energie
  • Benötigt nur wenig Platz und Pflege
  • Derzeit noch im Erprobungsstadium

In speziellen Bioreaktoren vermehren sich die drei bis fünf Mikrometer kleinen Einzeller sehr schnell und können große Mengen Energie in Form von Biomasse und Wärme erzeugen. Dazu benötigen sie lediglich Sonnenlicht und CO2. Die Wärme steht direkt für Warmwasser und Heizung zur Verfügung, aus der Algenbiomasse lässt sich Synthesegas und daraus Methan gewinnen.

Ernährung

Hungerstiller

Ernährung: Hungerstiller
  • Weltbevölkerung wächst
  • Wasser wird knapp
  • Böden sind ausgelaugt

Die Weltgemeinschaft steht vor einer gewaltigen Aufgabe: Bis 2050 muss sie fast doppelt so viel Nahrung produzieren wie heute – ohne zusätzliche Ressourcen. Im Gegenteil: Die Wasserressourcen werden knapper, die Wüstenbildung schreitet durch Erderwärmung und Rodungen weiter voran. Deshalb sucht die Agrarindustrie nach Alternativen zu Mais und Co.

Hidden Champions der Botanik© Shanti Hesse/Adobe Stock
Quinoa
  • Anspruchslose Pflanze wächst in bis zu 4.200 Meter Höhe
  • Reich an Eiweiß, Kalium, Phosphor, Magnesium und Vitamin B1
  • Enthält alle neun essenziellen Aminosäuren

Eine ernsthafte Alternative zu Mais könnte das Pseudogetreide Quinoa sein, eine jahrtausendealte Kulturpflanze aus den Anden. Es wächst unter extrem widrigen Bedingungen, benötigt nur wenig Wasser und kommt mit kargen Böden zurecht. Damit ist es sogar widerstandsfähiger als Mais. Die Pflanze enthält jede Menge Eiweiß und ungesättigte Fettsäuren. Zusätzlich stecken die Vitamine B und E sowie Kalzium, Magnesium, Eisen und Zink in ihr. Selbst der Fettgehalt ist höher als der von Weizen.

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Lupinen
  • Tiefe Wurzeln, die den Boden auflockern
  • Benötigt keinen Dünger, holt Stickstoff aus der Luft
  • Hoher Eiweißgehalt von 40 %

Diese Pflanze ist ein idealer Ersatzfür die Sojabohne: Sie enthält mehr Eiweiß, nur ein Drittel der Kohlenhydrate und des Fetts, dafür aber dreimal so viel Ballaststoffe. Da sie auch in Mittel- und Nordeuropa gedeiht, entfallen lange Transportwege wie beim Soja, das aus Asien stammt.

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Kichererbsen
  • Hoher Anteil an ungesättigten Fettsäuren und Aminosäuren
  • Lieferant von Vitamin K, Kupfer, Eisen und Magnesium
  • Stellt wenig Ansprüche an Boden und Wasser

Die Kichererbse ist eine sehr nahrhafte Hülsenfrucht, die schon vor über 8.000 Jahren in Kleinasien angebaut wurde. Sie kommt mit kargen Böden und wenig Wasser klar, benötigt allerdings subtropische Wärme. Hauptanbaugebiete sind Australien und Indien.

Interview

Professor Ute Krämer

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Die Expertin

Professor Ute Krämer, Jahrgang 1969, lehrt seit 2009 an der Ruhr-Universität Bochum. Ihr Spezialgebiet ist die Molekular-Genetik und Physiologie der Pflanzen. Im Fokus ihrer Arbeit steht die Entwicklung eines integrativen molekular-funktionellen Verständnisses der Interaktionen von Pflanzen mit ihrer Umwelt. Hierbei untersucht sie sowohl die Akklimatisierung von Pflanzen an ihre dynamische Umwelt als auch die evolutionäre Anpassung in Pflanzen auf molekularer Ebene.

Das Interview
Oliver Jesgulke
Autor Oliver Jesgulke
Als Großstadtpflanze freut sich Autor Oliver Jesgulke über jeden grünen Fleck in Berlin und wirkt an zwei kleinen Urban- Gardening-Projekten vor seiner Haustür mit. Moos empfand er immer als störend, Quinoa als veganen Hype. Die Recherchen haben ihn eines Besseren belehrt.