Das Erneuerbare Energiewende wird eine große Menge an Materialien erfordern, und es besteht die Befürchtung, dass es bald zu Engpässen bei einigen kritischen Metallen kommen könnte. Forscher der US-Regierung glauben, wir könnten Pflanzen anlocken, um diese Metalle mit ihren Wurzeln abzubauen.

Grüne Technologien wie Solarenergie und Elektrofahrzeuge werden in beispiellosem Tempo eingeführt, aber das belastet auch die Wirtschaft Lieferketten, die sie unterstützen. Ein besonders besorgniserregender Bereich sind die Metalle, die für den Bau von Batterien, Windturbinen und anderer fortschrittlicher Elektronik benötigt werden, die die Energiewende vorantreiben.

Bei den derzeitigen Produktionsraten vieler dieser Mineralien wie Lithium, Kobalt und Nickel sind wir möglicherweise nicht in der Lage, das prognostizierte Wachstum aufrechtzuerhalten. Einige dieser Metalle stammen auch aus Ländern, deren Bergbaubetriebe Anlass zu ernsthaften menschenrechtlichen oder geopolitischen Bedenken geben.

Um die Versorgung zu diversifizieren, bietet die staatliche Forschungsagentur ARPA-E 10 Millionen US-Dollar an Fördermitteln für die Erforschung des „Phytomining“ an, bei dem bestimmte Pflanzenarten verwendet werden, um über ihre Wurzeln wertvolle Metalle aus dem Boden zu extrahieren. Das Projekt konzentriert sich zunächst auf Nickel, ein kritisches Batteriemetall, könnte aber theoretisch auf andere Mineralien ausgeweitet werden.

„Um die von Präsident Biden dargelegten Ziele zu erreichen, unsere Ziele für saubere Energie zu erreichen und unsere Wirtschaft und nationale Sicherheit zu unterstützen, bedarf es eines umfassenden Ansatzes und innovativer Lösungen“, so ARPA-E Regisseurin Evelyn Wang sagte in einer Pressemitteilung.

„Durch die Erforschung von Phytomining zur Gewinnung von Nickel als erstem kritischen Zielmaterial zielt ARPA-E darauf ab, einen kostengünstigen Extraktionsansatz mit geringem CO2-Fußabdruck zu erreichen, der zur Unterstützung der Energiewende erforderlich ist.“

Das Konzept des Phytomining gibt es schon seit einiger Zeit und basiert auf einer Klasse von Pflanzen, die als „Hyperakkumulatoren“ bekannt sind. Diese Arten können über ihre Wurzeln große Mengen Metall aufnehmen und in ihrem Gewebe speichern. Beim Phytomining werden diese Pflanzen in Böden mit hohem Metallgehalt gezüchtet, die Pflanzen geerntet und verbrannt und anschließend die Metalle aus der Asche extrahiert.

Das ARPA-E-Projekt, bekannt als Plant HYperaccumulators TO MIne Nickel-Enriched Soils (PHYTOMINES), konzentriert sich auf Nickel, da es bereits viele Hyperakkumulatoren gibt, von denen bekannt ist, dass sie das Metall absorbieren. Aber es wird immer noch eine große Herausforderung sein, Arten zu finden oder zu schaffen, die das Metall in Nordamerika wirtschaftlich abbauen können.

Eines der Hauptziele des Projekts besteht darin, die Menge an Nickel zu optimieren, die diese Pflanzen aufnehmen können. Dies könnte die Züchtung oder genetische Veränderung von Pflanzen umfassen, um diese Eigenschaften zu verbessern, oder die Veränderung des Mikrobioms der Pflanzen oder des umgebenden Bodens, um die Absorption zu steigern.

Die Agentur möchte auch ein besseres Verständnis der Umwelt- und Wirtschaftsfaktoren erlangen, die die Durchführbarkeit des Ansatzes bestimmen könnten, wie etwa die Auswirkungen der Bodenmineralzusammensetzung, den Landbesitzstatus vielversprechender Standorte und die Lebenszeitkosten eines Phytomining-Betriebs.

Doch obwohl sich die Idee noch in einem nebulösen Stadium befindet, besteht erhebliches Potenzial.

„In Erde, die etwa 5 Prozent Nickel enthält – also ziemlich kontaminiert ist – entsteht nach dem Verbrennen eine Asche mit etwa 25 bis 50 Prozent Nickel“, sagt Dave McNear, Biogeochemiker an der University of Kentucky. sagte Kabelgebunden.

„Im Vergleich dazu enthält der Bergbau aus der Erde, aus Gestein, etwa 02 Prozent Nickel. Die Anreicherung ist also um mehrere Größenordnungen höher, und es enthält weitaus weniger Verunreinigungen.“

Phytomining wäre zudem viel weniger umweltschädlich als herkömmlicher Bergbau und könnte dazu beitragen, mit Metallen verunreinigte Böden zu sanieren, sodass sie konventioneller bewirtschaftet werden können. Während der Schwerpunkt derzeit auf Nickel liegt, könnte der Ansatz auch auf andere wertvolle Metalle ausgeweitet werden.

Die größte Herausforderung wird darin bestehen, eine Pflanze zu finden, die für das amerikanische Klima geeignet ist und schnell wächst. „Das Problem bestand in der Vergangenheit darin, dass es sich oft nicht um sehr produktive Pflanzen handelte“, sagte Patrick Brown, Pflanzenwissenschaftler an der University of California in Davis Kabelgebunden. „Und die Herausforderung besteht darin, dass man über hohe Nickelkonzentrationen und eine hohe Biomasse verfügen muss, um ein sinnvolles, wirtschaftlich tragbares Ergebnis zu erzielen.“

Wenn Forscher diesen Kreis jedoch schließen können, könnte der Ansatz ein vielversprechender Weg sein, die Versorgung mit wichtigen Mineralien zu steigern, die für den Übergang zu einer umweltfreundlicheren Wirtschaft erforderlich sind.

Bildnachweis: Nickel-Hyperakkumulator Alyssum argenteum / David Stang über Wikimedia Commons

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• Quelle: https://singularityhub.com/2024/03/28/these-plants-could-mine-crucial-battery-materials-from-the-soil-with-their-roots/