Weiden zur Reinigung kommunaler Abwässer

Von Natur aus sind Wei­den tol­er­ant gegenüber Verun­reini­gun­gen und ihre Wurzeln fil­tern den Stick­stoff aus dem Abwass­er her­aus, wodurch sich die pro­duzierte Bio­masse ver­dreifacht, die dann zur Her­stel­lung von erneuer­baren Biokraft­stof­fen geern­tet wer­den kann. Jedes Jahr wer­den in Kana­da sechs Bil­lio­nen Liter kom­mu­nale Abwäss­er teil­weise gek­lärt und in die Umwelt ent­lassen, während weit­ere 150 Mil­liar­den Liter ungek­lärte Abwäss­er direkt in unberührte Ober­flächengewäss­er ein­geleit­et werden.
Jet­zt haben Forsch­er einen Weg gefun­den, diesen Fluss einzudäm­men: indem sie das Abwass­er durch die Wurzeln von Wei­den­bäu­men fil­tern. Bei Exper­i­menten mit ein­er Plan­tage in Que­bec schätzen die Wis­senschaftler, dass jährlich mehr als 30 Mil­lio­nen Liter Primärab­wass­er pro Hek­tar mit der “Bio­raf­finer­ie” gere­inigt wer­den können.

“Wir sind immer noch dabei zu ler­nen, wie diese Bäume solch große Men­gen an Abwass­er tolerieren und behan­deln kön­nen, aber der kom­plexe ‘phyto’-chemische Werkzeugkas­ten der Wei­den gibt uns span­nende Hinweise.”
— Eszter Sas, Haup­tau­torin der Studie

Wei­den­bäume sind von Natur aus tol­er­ant gegenüber Verun­reini­gun­gen und ihre Wurzeln fil­tern den hohen Stick­stof­fge­halt des Abwassers her­aus, wodurch sich die pro­duzierte Bio­masse ver­dreifacht, die dann für erneuer­bare lig­nozel­lu­lose­haltige Biokraft­stoffe, eine Alter­na­tive zu fos­silen Brennstof­fen, geern­tet wer­den kann.

Biokraftstoffe der zweiten Generation

Diese Bio­masse kann dann gesam­melt wer­den, um erneuer­bare lig­nozel­lu­lose­haltige Biokraft­stoffe herzustellen. Als Alter­na­tive zu fos­silen Kraft­stof­fen ste­hen diese soge­nan­nten Biokraft­stoffe der zweit­en Gen­er­a­tion nicht in direk­ter Konkur­renz zu den Rohstof­fen in der Nahrungs­kette. In ihrer Forschung ver­wen­de­ten Sas und ein kanadisch-britis­ches Team von Pflanzen­wis­senschaftlern, Bio­chemik­ern und Chemiein­ge­nieuren der UdeM und des Impe­r­i­al Col­lege Lon­don eine fortschrit­tliche metabolomis­che (chemis­che) Pro­fil­ierung­stech­nolo­gie, um auch neue extrahier­bare “grüne” Chemikalien zu iden­ti­fizieren, die von den Bäu­men pro­duziert werden.
Neben der Sal­i­cyl­säure (am besten bekan­nt als Hauptbe­standteil von Aspirin), die Wei­den in großen Men­gen pro­duzieren, wurde durch die Abwasser­fil­tra­tion eine Rei­he von “grü­nen” Chemikalien angere­ichert, die bedeu­tende antiox­ida­tive, kreb­shem­mende, entzün­dung­shem­mende und antimikro­bielle Eigen­schaften haben. “Während die meis­ten der induzierten chemis­chen Verbindun­gen noch nie zuvor in Wei­den gese­hen wur­den, wur­den einige bere­its in salz­tol­er­an­ten Pflanzen wie Süßholz und Man­groven beobachtet und sind dafür bekan­nt, starke Antiox­i­dantien zu sein. Inter­es­san­ter­weise ist eine Rei­he der induzierten Chemikalien völ­lig uncharak­ter­isiert und ein Rät­sel. Es ist erstaunlich, wie viel neue Pflanzen­chemie es noch zu ent­deck­en gibt, sog­ar in Wei­den­bäu­men, die es schon seit Tausenden von Jahren gibt. Es scheint wahrschein­lich, dass wir immer noch nur an der Ober­fläche der natür­lichen chemis­chen Kom­plex­ität dieser Bäume kratzen, die man sich zunutze machen kön­nte, um Umwelt­prob­leme zu bekämpfen”, sagt Sas.

Erstaunlich hohe Erträge

Bei der Betra­ch­tung der Auswirkun­gen, die die Abwasser­be­hand­lung durch Wei­den auf die jährlichen Erträge an lig­nozel­lu­lose­haltigem Biokraft­stoff und “grü­nen” Chemikalien haben würde, hat­te Sas’ Team neg­a­tive Auswirkun­gen der Bewässerung ihrer Ver­such­s­plan­tage mit Abwass­er erwartet. Sie waren jedoch über­rascht, als die Erträge tat­säch­lich so stark anstiegen. “Ein­er der Vorteile der Ver­wen­dung natür­lich­er Lösun­gen zur Bewäl­ti­gung von Umwelther­aus­forderun­gen wie der Abwasser­reini­gung ist, dass wir kom­ple­men­täre Bio­pro­duk­te erzeu­gen kön­nen, wie erneuer­bare Bioen­ergie und grüne Chemie”, sagte Sas’ Dok­tor­vater an der UdeM, Senio­rautor Frédéric Pitre. “Dieses Konzept ein­er Bio­raf­finer­ie scheint fan­tastisch zu sein, um neuen Umwelt­tech­nolo­gien zu ermöglichen, wirtschaftlich mit den hoch etablierten Märk­ten für erdöl­basierte fos­sile Brennstoffe und Chemikalien zu konkur­ri­eren und gle­ichzeit­ig dazu beizu­tra­gen, die anhal­tenden men­schlichen Schä­den am Ökosys­tem zu reduzieren.”