Planter kan give os grøn minedrift

Det er i hvert fald visionen hos forskere, som arbejder med de såkaldte hyperakkumulatorer.

Van der Ent, som er ansat ved The University of Queensland i Australien, er blandt fortalerne for, at planterne kan åbne døren til den nye, grønne minedrift, som også kaldes phytomining. Den kan ifølge van der Ent blive et miljøvenligt supplement til almindelig minedrift, hvor brugen af maskiner udleder store mængder CO₂ , og hvor gravearbejdet ofte ødelægger natur og miljø.

700 planter opsuger metal

Van der Ent arbejder både på at opdage nye hyperakkumulatorer og på at finde ud af, hvordan de kan overleve at suge så store mængder metal til sig. I dag kender forskerne til flere end 700 planter og træer, som har den specielle egenskab. Selv har van der Ent fundet og karakteriseret flere end 400 hyperakkumulatorer de seneste år.

Pycnandra acuminata, som han fandt i regnskoven på Ny Kaledonien, blev oprindeligt opdaget af dr. Tanguy Jaffré i 1970’erne og er til dato den hyperakkumulator, som kan ophobe mest metal.

De 25 procent nikkel i træets saft er ifølge van der Ent et “svimlende” højt tal. Selvom nikkel findes naturligt i bl.a. vores mad i doser målt i mikrogram – altså milliontedele af et gram – er metallet dødeligt for mennesker, hvis bare ganske få gram indtages.

Van der Ents forskning viser, at et af hyperakkumulatorernes særlige tricks er at deponere metalatomerne helt ud i de celler, som udgør overfladen af bladene. Her er de formentlig til mindst mulig skade, især i forhold til planternes energiomsætning, som finder sted i de klorofylholdige celler længere inde.

Men hvordan planterne bærer sig ad med at transportere fx nikkelatomer hele vejen op fra rødderne og ud i bladenes yderste lag, er stadig en gåde.

I sin jagt på hyperakkumulatorer er van der Ent rejst rundt på fem kontinenter og et utal af øer. Ikke mindst afsides beliggende øer kan gemme på nye opdagelser, og derfor var valget af Ny Kaledonien heller ikke tilfældigt. Øens placering langt fra fastlandet betyder, at et varieret dyre- og planteliv har udviklet sig isoleret over millioner af år.

Metalindholdet tjekkes på stedet

På Ny Kaledonien lever fx den 55 cm lange fugl kaldet kagu, som ikke kan flyve, og der som den eneste i verden er forsynet med fjer, der stritter som knurhår omkring næseborene.

Pycnandra acuminata er ligesom kaguen og mange andre arter på øen endemiske, hvilket vil sige, at de ikke findes nogen andre steder på planeten.

Når van der Ent har fundet en mulig hyperakkumulator i regnskoven, måler han først metalindholdet i planten med et håndholdt røntgeninstrument.

Røntgenbølgerne fra instrumentet får plantens metaller til selv at udsende røntgenstråling, som igen opfanges af apparatet. Ved at sammenligne den afsendte og den modtagne stråling kan instrumentet afgøre, hvilken type metal planten indeholder.

Hvis metalindholdet er højt, og metaltypen er interessant, gemmer van der Ent planten. Rødder og blade fryses ved hjælp af flydende kvælstof ned til -196 grader celsius, som sikrer, at planteprøven bliver bevaret under resten af turen og under transporten hjem til laboratoriet.

Her begynder arbejdet med at undersøge, hvordan forskellige metaller som nikkel eller kobolt fordeler sig ud i plantens væv og celler. Det er besværligt for forskerne at håndtere planteprøverne ved næsten 200 minusgrader, og derfor bliver prøverne nu frysetørret, så de holder sig intakte ved stuetemperatur. Herefter bliver de udsat for det helt store apparatur.

Kortlægningen af hyperakkumulatorerne i detaljer kræver en såkaldt synkrotron med en omkreds på 216 meter. Det er en kæmpe, cirkelformet partikelaccelerator, som tvinger elektroner op til næsten lysets hastighed. Processen danner ekstremt stærke røntgenstråler, som bruges til at udføre mikroskopi på planteprøverne.

Planteprøven bevæges tværs gennem røntgenstrålen, og ud fra samme princip som med det håndholdte apparat ude i regnskoven kan tilstedeværelsen og koncentrationen af forskellige metaller kortlægges og studeres i detaljer på en computerskærm.

Hovedparten af hyperakkumulatorerne – knap 75 procent – er gode til at ophobe nikkel, som er vigtigt mange steder i industrien. Vi bruger det fx i rustfrit stål og i batterier til elbiler. I Teslas elbiler bruges der ifølge nogle skøn i gennemsnit 45 kg nikkel.

Men også andre metaller finder vej op fra jorden og ind i planternes stængler og blade. Planten Iberis linifolia optager fx tallium, der bl.a. bruges i elektronik, mens andre hyperakkumulatorer optager metaller som zink, kobolt og selen.

Albanske bønder høster nikkel

I 2018 kunne Antony van der Ent og hans forskerkolleger offentliggøre fundet af hyperakkumulatoren Phyllanthus rufuschaneyi, som han selv mener er den vigtigste opdagelse til dato inden for forskningsfeltet.

Planten er navngivet efter dr. Rufus Chaney fra det amerikanske landbrugsministerium, som i 1983 fremsatte idéen om phytomining, og den har et nikkelindhold i saften på op til 25 procent – dvs. lige så stort som den sjældne træsort fra Ny Kaledonien.

“Denne art har det største potentiale som metalafgrøde af alle hyperakkumulatorer indtil nu,” mener van der Ent og begrunder det med, at planten ud over sit store nikkeloptag hurtigt kan danne nye skud, efter at den er blevet høstet.

Ifølge van der Ent er potentialet for en ny, grøn mineindustri baseret på planter allerstørst i troperne i lande som Indonesien, Malaysia og Filippinerne. Alene på øen Sulawesi i Indonesien findes der mere end 15.000 km² såkaldt ultramafisk jord – dvs. jord, som naturligt indeholder store mængder metal, i dette tilfælde nikkel.

Her vil hyperakkumulatoren Alyssum murale kunne give et udbytte på omkring 400 kg nikkel pr. hektar om året svarende til en indkomst på cirka 4000 dollars for ejeren af jorden. Det kan ikke måle sig med traditionel minedrift, men i områder, hvor jorden ellers ville ligge brak, kan der vise sig en ny forretningsmulighed for lokale bønder.

I Albanien er cirka ti procent af jorden ultramafisk, og forskere har her lavet et forsøg med landbrug baseret på Alyssum murale nær søen Ohrid. Her har de lokale ikke hidtil kunnet dyrke jorden, men det kan hyperakkumulatoren måske lave om på.

Metaller opstår af asken

Fra bøndernes høst af hyperakkumulatorerne til industruel brug af metallerne ligger der naturligvis en raffineringsproces. Efter høsten skal planterne først brændes til aske og derefter behandles med kemiske midler, som isolerer metallerne.

Nogle steder vil der dog ligge en miljøgevinst allerede ved dyrkningen af de særlige planter. De kan fx bruges til at rense forurenede industrigrunde for tungmetaller, og så har de ifølge Antony van der Ent stort potentiale som et supplement til den traditionelle minedrift.

Her kan planterne bruges til at stabilisere den løse overskudsjord fra minedriften og samtidig hive endnu mere metal ud af den tiloversblevne jord.

Det kræver dog penge at sætte gang i pilotprojekter med phytomining, og her må van der Ent erkende, at der er et stykke vej.

“Selvom vi har oplevet stor interesse fra mineindustrien, har den desværre hverken finansieret forskning af betydning om hyperakkumulatorer eller forsøg med phytomining,” siger han.

Alligevel fortsætter van der Ent arbejdet med at udforske de mystiske planters hemmeligheder. Han vil fx gerne finde ud af, hvorfor de har udviklet deres særlige evner – om de på en eller anden måde har gavn af metallerne, eller det bare giver dem en fordel, at de kan vokse, hvor ingen andre kan. Måske ligger svaret og venter hos helt ukendte arter af metalholdige planter.

“Over hele verden findes der mange flere hyperakkumulatorer, som bare venter på at blive opdaget,” siger Antony van der Ent.