Phytoremediation: Cannabis zur Bodensanierung

Seit mehreren Jahrzehnten steht die Umweltverschmutzung im Mittelpunkt der Besorgnis. Tatsächlich handelt es sich um etwas, das schwerwiegende Folgen für die Menschheit und den Planeten selbst haben kann: Wir sprechen vom Anthropozän. Es gibt verschiedene Formen der Verschmutzung. In diesem Artikel besprechen wir die Bodenkontamination durch Schwermetalle und radioaktive Elemente sowie eine der möglichen Lösungen, bei der die Cannabispflanze eine Rolle spielt.

Was ist Bodenverschmutzung?

Bodenkontamination kann auf die Ansammlung nicht biologisch abbaubarer Stoffe im Boden oder auf die Ansammlung biologisch abbaubarer Stoffe zurückzuführen sein, deren biologische Abbaubarkeitsrate jedoch geringer ist als die Ansammlungsrate.

Bodenkontamination stellt ein Problem für die öffentliche Gesundheit dar, da sie die Nahrungskette kontaminieren kann. Tatsächlich können diese Schadstoffe dann im Boden gespeichert oder durch Abfluss in nahe gelegene Gewässer oder ins Grundwasser getragen werden oder sogar in die Atmosphäre verdunsten.

Im Großen und Ganzen kann man unterscheiden zwischen:

• Anorganische Schadstoffe wie Nitrate, Phosphate und Schwermetalle.
• Organische Schadstoffe wie Kohlenwasserstoffe, chlorierte Lösungsmittel, Pestizide und Dioxine.

Eine sehr besorgniserregende Form der Bodenkontamination ist die durch Schwermetalle. Tatsächlich verändern sie Ökosysteme, zerstören Böden und machen sie unfruchtbar und können durch die Verunreinigung der Nahrungskette auch Auswirkungen auf den Menschen haben.

Bei einer Metallverunreinigung handelt es sich um eine endgültige Verunreinigung, d. h. trotz aller Bemühungen der Wissenschaftler handelt es sich bei Metallen um chemische Elemente, die nicht modifiziert, verändert oder umgewandelt werden können. Einige sind in sehr geringen Dosen lebenswichtig, in übermäßigen Dosen jedoch giftig.

Die wichtigsten Schwermetalle, die durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre freigesetzt werden, sind Zink (Zn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Blei (Pb), Chrom (Cr), Selen (Se), Arsen (As), Quecksilber (Hg) und Cadmium (Cd). Besonders besorgniserregend sind Quecksilber, Blei und Cadmium, da sie eine hochgiftige Wirkung auf das Nervensystem haben.

Bodenreinigungslösungen

Mit dem Ziel, mit Schwermetallen kontaminierte Böden zu dekontaminieren, wurden physikalisch-chemische Methoden eingesetzt. Diese bestehen aus der Ausgrabung des kontaminierten Bodens, der anschließenden Behandlung außerhalb des Geländes und dem abschließenden Ersatz durch nicht kontaminierten Boden. Es versteht sich von selbst, dass diese Methoden teuer und aufgrund der Gewinnung, Bewegung und Ersetzung kontaminierter Erde schwierig umzusetzen sind.

In den letzten Jahren wurde jedoch eine neue Technik entwickelt: die Phytoremediation. Phytoremediation ist eine Methode zur Bodensanierung (sowie zur Abwasserreinigung oder Raumluftreinigung) unter Einsatz von Pflanzen oder Mikroorganismen. Letztere verfügen tatsächlich über die Fähigkeit, bestimmte Schadstoffe anzusammeln, abzubauen oder in manchen Fällen sogar zu beseitigen.

Die Phytoremediation ist somit in vier Unterdomänen angesiedelt:

• Phytostabilisierung besteht in der Verwendung bestimmter Pflanzen, um die Ausbreitung von Verunreinigungen zu verhindern, indem der Schadstoff über die Wurzeln stabilisiert wird.
• Phytoabbau, bei dem bestimmte Pflanzen zum Abbau organischer Schadstoffe verwendet werden, indem sie in weniger giftige Verbindungen umgewandelt werden.
• Phytovolatilisierung: Hervorhebung der Fähigkeit bestimmter Pflanzen, bestimmte Moleküle zu verflüchtigen, um Schadstoffe in der Atmosphäre zu verdünnen.
• Phytoextraktion, die die Fähigkeit von Pflanzen widerspiegelt, Schadstoffe wie Schwermetalle zu extrahieren und in den oberirdischen Teilen anzureichern. Nach Erreichen der Sättigung werden diese Anlagen verbrannt und die Asche an einem sicheren Ort gelagert.

Jede Phytosanierungszone erfordert spezifische Pflanzen.

Mehrere Arten haben bereits ihre Wirksamkeit bei der Phytoextraktion von Schwermetallen bewiesen. Dies gilt insbesondere für Pflanzen aus der Familie der Korbblütler (Sonnenblume, Zichorie), der Kreuzblütler (Raps, Kohl), der Gräser (Bambus, Mais) sowie bestimmter Bäume und Sträucher, wie etwa einige Pappel- und Weidenarten.

Der Fall von Cannabis Sativa zur Bodensanierung

In jüngster Zeit wurde die Verwendung der Hanfpflanze als Mittel zur Sanierung von mit Schwermetallen kontaminierten Böden erforscht. Tatsächlich ist Hanf eine sehr widerstandsfähige Pflanze, die an den unwirtlichsten Orten wachsen kann, selbst dort, wo alle anderen Lebensformen von der Menschheit ausgerottet wurden.

Darüber hinaus ist Hanf eine sogenannte Hyperakkumulatorpflanze, das heißt, er besitzt die Fähigkeit, im Boden enthaltene Metallpartikel aufzunehmen und in seiner Biomasse (Wurzeln, Stängel und insbesondere Blätter) anzureichern. Dieser Phytoextraktionsprozess ermöglicht die Beseitigung der im Boden vorhandenen Schadstoffe und macht ihn wieder gesund und lebensfähig.

Die Phytoextraktion erfolgt in mehreren Schritten: Aufnahme der Schwermetalle durch die Wurzeln, ihr Transport von den Wurzeln in die oberen Teile, ihre Translokation und anschließend ihre Anreicherung in den oberirdischen Teilen. Der Schwermetallgehalt der Blätter ist dann höher als der der Wurzeln.

Einige Beispiele:

Tschernobyl

Der Unfall von Tschernobyl war die schwerste Nuklearkatastrophe des 20. Jahrhunderts. Dies geschah am 26. April 1986 im Lenin-Kraftwerk in der Ukraine (ehemalige UdSSR).

Dieser Unfall wurde durch den unkontrollierten Temperaturanstieg eines Reaktors verursacht, wodurch der Kern schmolz, was eine Explosion und die Freisetzung großer Mengen radioaktiver Elemente in die Atmosphäre zur Folge hatte, was zu einer weit verbreiteten Umweltverschmutzung sowie zahlreichen Todesfällen und Krankheiten führte, die durch die Strahlung unmittelbar oder langfristig verursacht wurden.

Auf diese Weise wurden sehr hohe Konzentrationen verschiedener giftiger Elemente freigesetzt, die den Boden verseuchten. Am stärksten betroffen war die 30 Kilometer breite Sperrzone um das Kernkraftwerk.

Einer der ersten Namen in der Welt der Hanf-Phytosanierung war Slavik Dushenov, ein Experte für Pflanzenbiologie und Bodenökologie. Tatsächlich war er an einigen Arbeiten der ukrainischen Regierung zur Dekontaminierung des Tschernobyl-Bodens beteiligt. Später sagte er:

"In Tschernobyl haben wir gezeigt, dass die Phytoremediation mit Hanf eine praktikable Methode ist, um Radionuklide aus dem Boden großer, leicht kontaminierter Gebiete zu entfernen. Dies könnte mit Cannabis oder jeder anderen hyperakkumulierenden Pflanze geschehen, solange sie an die Bodeneigenschaften und das Klima der Region angepasst ist."

Es wurden mehrere Kandidatenanlagen identifiziert, die in der Lage sind , Cäsium-137, Strontium-90 und Uran-235, die zu den wichtigsten radioaktiven Schadstoffen in Tschernobyl zählen, aus dem Boden zu extrahieren. Unter diesen Pflanzen wiesen Sonnenblumen und Hanf die höchsten Bioakkumulationsraten radioaktiver Schadstoffe auf, was die Sanierung kontaminierter Flächen in der Nähe des Kernkraftwerks Tschernobyl ermöglichte.

Philippe Giasson, außerordentlicher Professor für Erd- und Atmosphärenwissenschaften an der Universität von Quebec in Montreal (UQAM), erklärte: "Bestimmte Hanfarten können bis zu 3% ihres Trockengewichts aufnehmen ."

Fukushima

Der Unfall von Fukushima ist wie der von Tschernobyl ein schwerer Atomunfall, der aufgrund der erheblichen Menge an freigesetzter radioaktiver Strahlung auf der internationalen Nuklearereignisskala mit Stufe 7 (der höchsten Stufe) eingestuft wird. Es begann am 11. März 2011 in Japan nach dem Erdbeben und dem Tsunami, die sich wenige Stunden zuvor ereignet hatten.

In Fukushima sucht die Tokyo Electric Power Company (TEPCO) verzweifelt nach Möglichkeiten, die radioaktive Strahlung zu beseitigen, die durch die Explosion im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi freigesetzt wurde. Tatsächlich überquerte die Strahlung des Unfalls den Pazifischen Ozean und erreichte allmählich die Westküste Amerikas: Auswirkungen auf das Meeresleben waren von Südkalifornien bis Kanada zu beobachten. Daher ist es zwingend erforderlich, Lösungen zu finden. Das Beispiel der Hanf-Phytosanierung in Tschernobyl ist eines davon. Allerdings steht es vor einem erheblichen Problem: dem formellen Verbot von Cannabis in Japan.

Es ist wichtig zu wissen, dass medizinisches Cannabis zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Japan zur Bekämpfung von Schlaflosigkeit und Schmerzlinderung  zugelassen wurde. Diese Einstellung zum therapeutischen Nutzen der Pflanze änderte sich jedoch nach dem Zweiten Weltkrieg, als amerikanische Truppen Japan besetzten und 1948 ein Cannabisverbot verhängten. Nach dem japanischen Cannabiskontrollgesetz drohen einer Person bis zu fünf Jahre Gefängnis, wenn sie mit einem einzigen Joint erwischt wird.

Während TEPCO noch nach Lösungen suchte, ergriffen die Anwohner die Initiative. Aus diesem Grund hat der buddhistische Mönch Koyu Abe ein Projekt mit dem Titel "Wünsch dir etwas mit Blumen" ins Leben gerufen, bei dem er die japanische Bevölkerung auffordert, Sonnenblumenkerne anzupflanzen, um in der Region Fukushima eine Phytosanierung durchzuführen.

Wie wir bereits im Fall Tschernobyl gesehen haben, ist die Sonnenblume eine Pflanze, die ebenso wie Hanf in der Lage ist, von Radioaktivität betroffene Gebiete zu dekontaminieren. Und außerdem ist diese Pflanze legal. Was Hanf betrifft, so wird die Idee von der japanischen Regierung geprüft, scheint aber noch nicht umgesetzt worden zu sein.

Die Grenzen der Phytoremediation

Trotz der erheblichen Vorteile der Phytosanierung, zu denen das Fehlen einer Bodenstörung – ein sogenannter natürlicher Prozess – sowie die geringen Kosten gehören, weist diese Technik auch Einschränkungen auf. Der Hauptgrund hierfür ist die Zeit, die dieser Prozess in Anspruch nimmt: Er dauert lange, sehr lange…Tatsächlich ist die Phytosanierung nicht geeignet, wenn eine schnelle Bodenreinigung erforderlich ist. Laut Professor Michel Labrecque vom Plant Biology Research Institute "kann dieser Prozess in stark kontaminierten Böden bis zu 50 Jahre dauern".

Darüber hinaus werden die Pflanzen, sobald sie die Schwermetalle aufgenommen haben, selbst kontaminiert. Daher ist ein Verbrennungsprozess bei etwa 500°C notwendig, um nur die organischen Stoffe und nicht die Schadstoffe zu verbrennen. Die Schadstoffe konzentrieren sich dann in der Asche, die dann als radioaktiver Abfall behandelt wird: "Das ist besser, als Tonnen von kontaminiertem Boden entsorgen zu müssen", meint Philippe Giasson, Forscher am Institut für geochemische Forschung der Universität Montreal. Diese Biomasseverbrennung kann auch zur Energieerzeugung genutzt werden.