Metall droppar från växt

Växter kan ge oss grön gruvdrift

Metaller behövs i allt från tung industri till smartmobiler och elbilar, men utvinningen av dem skadar både klimatet och miljön. Nu föreslår forskare en ny typ av grön gruvdrift: odling av växter som suger upp metaller ur marken.

Metaller behövs i allt från tung industri till smartmobiler och elbilar, men utvinningen av dem skadar både klimatet och miljön. Nu föreslår forskare en ny typ av grön gruvdrift: odling av växter som suger upp metaller ur marken.

Claus Lunau

Året är 2014. Växtforskaren Antony van der Ent befinner sig långt inne i regnskogen i det franska översjöiska territoriet Nya Kaledonien i Stilla havet.

Han är på jakt efter ett visst träd, Pycnandra acuminata, som inte liknar något annat på planeten. Det ansamlar nämligen så stora mängder metaller att alla andra levande organismer hade blivit sjuka och dött av det.

Antony van der Ent har turen att hitta ett exemplar av trädet och tar fram sin kniv och skär ett snitt i barken. Han minns än i dag hur det kändes när han såg saften rinna ut ur skåran.

”Att med egna ögon för första gången se den blågröna latexen, som innehåller 25 procent nickel, sippra ut ur trädet i Nya Kaledoniens regnskog var spektakulärt”, berättar han för Illustrerad Vetenskap.

Trädet i Nya Kaledonien är ett exempel på en biologisk raritet som i framtiden kan lägga grunden till en helt ny typ av gruvdrift. Träd och växter som tar upp metaller ur marken kommer att kunna odlas på miljontals hektar världen över. De kan bli en ny källa till värdefulla metaller samtidigt som de renar förorenad jord och därmed förser fattiga bönder med en ny inkomstkälla.

Antony van der Ent

Biokemisten Antony van der Ent har identifierat över 400 växter som tar upp metaller ur marken. Här står han med ett saftprov från arten Phyllanthus balgooyi, som innehåller över 16 procent nickel.

© Sustainable Minerals Institute

Det är åtminstone den vision forskarna som arbetar med dessa så kallade hyperackumulatorer har.

Antony van der Ent, som är anställd vid University of Queensland i Australien, är en av flera forskare som menar att dessa växter kan öppna dörren till den nya gröna gruvdrift som på engelska kallas phytomining. Enligt van der Ent kan den bli ett miljövänligt komplement till reguljär gruvdrift, där användningen av maskiner släpper ut stora mängder koldioxid och där utvinningen i många fall förstör både natur- och miljövärden.

Sjuhundra växter tar upp metaller

Antony van der Ent arbetar med att både identifiera nya hyperackumulatorer och ta reda på hur det kommer sig att de överlever trots att de tar upp så stora mängder metaller. I dag känner forskarna till över 700 växter och träd som har denna egenskap. Själv har van der Ent på senare år hittat och beskrivit över 400 hyperackumulatorer.

Pycnandra acuminata, som han hittade i regnskogen i Nya Kaledonien, upptäcktes ursprungligen av doktor Tanguy Jaffré på 1970-talet och är såvitt man vet den hyperackumulator som tar upp störst andel metall.

De 25 procenten nickel i trädets saft är enligt van der Ent en ”svindlande” hög siffra. Nickel förekommer naturligt i bland annat vår mat, men då i doser som mäts i mikrogram, det vill säga miljondelar av ett gram. Metallen är dödlig om vi får i oss bara några enstaka gram.

Skåra i träd

Den intensivt gröna färgen i hyperackumulatorernas växtsaft vittnar om en hög koncentration av metallen nickel.

© Sustainable Minerals Institute

Antony van der Ents forskning visar att ett av hyperackumulatorernas särskilda trick är att deponera metallatomerna längst ut i cellerna som bildar bladens yta. Där vållar de troligen minst skada, i synnerhet på växternas energiomsättning, som sker i de klorofyllhaltiga cellerna längre in.

Hur växterna gör för att transportera exempelvis nickelatomer ända upp från rötterna till bladens yttersta lager är emellertid fortfarande en gåta.

I sin jakt på hyperackumulatorer har van der Ent rest runt på fem kontinenter och ett otal öar. Inte minst ensligt belägna öar har potential för nya fynd, så valet av Nya Kaledonien var ingen slump. Det franska territoriets placering långt från fastlandet innebär att ett varierat djur- och växtliv har utvecklats isolerat under miljontals år.

Metallinnehållet kontrolleras på plats

I Nya Kaledonien förekommer den 55 centimeter långa fågelarten kagu, som inte kan flyga och som är ensam i världen om att ha fjädrar som sticker ut som morrhår runt näsborrarna.

Liksom kagun är Pycnandra acuminata och många andra arter på ön endemiska, vilket innebär att de inte förekommer någon annanstans i världen.

När van der Ent hittar en eventuell hyperackumulator i regnskogen mäter han först växtens metallhalt med ett portabelt röntgeninstrument.

Växter som tar upp metaller kan överleva i jordar där andra växter inte klarar sig. Deras särskilda förmågor kan både utnyttjas på karga marker och effektivisera traditionell gruvdrift.

Växt med metall
© Sustainable Minerals Institute & Shutterstock

Koboltslukare städar i koppargruvor

Kobolt används i batterier till bland annat elbilar. Växten Haumaniastrum robertii kan ta upp metallen ur schaktmassor från koppargruvor i exempelvis Centralafrika. Försök har visat att upptaget kan vara hela 25 kilo kobolt per hektar.

Rapsfält
© Sustainable Minerals Institute & Shutterstock

Nickelslukare ger karg mark nytt värde

Vissa marker är så rika på nickel att de inte används till vanliga grödor. I stället kan man plantera den effektiva metallslukaren silverstenört, som kan ta upp 400 kilo nickel per hektar.

Växt med metall
© Shutterstock

Talliumslukare gör dyr metall billigare

Metallen tallium används bland annat i elektronik och optiska material. Det är dyrt att utvinna tallium genom traditionell gruvdrift, men växten Iberis linifolia tar upp metallen ur schaktmassor från zink- och blygruvor.

Röntgenvågorna från instrumentet får växtens metaller att avge egen röntgenstrålning, som registreras av instrumentet. Genom att jämföra strålningen som avgavs med den som togs emot kan instrumentet visa vilken metall växten innehåller.

Om metallhalten är hög och metalltypen är intressant sparar van der Ent växten. Med flytande kväve fryser han rötterna och bladen till minus 196 grader Celsius, vilket gör att växtprovet bevaras under resten av resan och under transporten hem till laboratoriet.

Där börjar arbetet med att undersöka hur olika metaller som nickel eller kobolt fördelas i växtens vävnader och celler. Det är svårt för forskarna att hantera växtproverna vid närmare 200 minusgrader, så proverna frystorkas för att de ska hållas intakta vid rumstemperatur. Därefter görs diverse mätningar.

En partikelaccelerator kartlägger de metallslukande växterna.

För en detaljerad kartläggning av hyperackumulatorerna krävs en så kallad synkrotron med en omkrets på 216 meter. Det är en cirkelformad partikelaccelerator som tvingar upp elektroner nära ljusets hastighet. Processen bildar extremt stark röntgenstrålning, som används för mikroskopiska undersökningar av växtproverna.

Växtprovet förs genom röntgenstrålen. På samma vis som med det portabla instrumentet i regnskogen kan då förekomsten och koncentrationen av metaller kartläggas och studeras på en bildskärm.

Majoriteten av hyperackumulatorerna, närmare 75 procent, är bra på att ta upp nickel, som är en viktig beståndsdel i många industriella processer. Vi använder det bland annat i rostfritt stål och i batterier till elbilar. Till Teslas elbilar används enligt vissa beräkningar i genomsnitt 45 kilo nickel.

Även andra ämnen letar sig emellertid upp ur marken och in i växternas stjälkar och blad. Växten Iberis linifolia tar upp tallium, som bland annat används i elektronik, medan andra hyperackumulatorer tar upp grundämnen som zink, kobolt och selen.

Albanska bönder skördar nickel

År 2018 kunde Antony van der Ent och hans forskarkollegor offentliggöra fyndet av hyperackumulatorn Phyllanthus rufuschaneyi, som han själv betraktar som den hittills viktigaste upptäckten inom forskningsområdet.

Växten har fått sitt namn efter doktor Rufus Chaney vid USA:s jordbruksdepartement, som år 1983 lanserade idén om utvinning av metaller ur växter. Den har en nickelhalt på upp till 25 procent i växtsaften, det vill säga lika hög som det sällsynta trädslaget i Nya Kaledonien.

”Av alla hyperackumulatorer hittills är det denna art som har störst potential som metallgröda”, säger van der Ent. Han grundar sitt påstående på att växten förutom sitt stora upptag av nickel även snabbt bildar nya skott efter att ha skördats.

Enligt van der Ent är potentialen för en ny grön gruvindustri baserad på växter störst i tropikerna, i länder som Indonesien, Malaysia och Filippinerna. Bara på ön Sulawesi i Indonesien finns över 15 000 kvadratkilometer så kallad ultramafisk jord, det vill säga jord med naturligt höga halter av metaller, i det här fallet nickel.

Världskarta med områden med växter som tar upp nickel

Ett antal länder har jordar som kan planteras med växter som tar upp nickel, bland annat Indonesien och Malaysia i Sydostasien, Iran i Mellanöstern och Albanien i Europa.

© Shutterstock

Där kan hyperackumulatorn silverstenört ge omkring 400 kilo nickel per hektar och år, motsvarande en inkomst på cirka 4 000 dollar för markägaren. Det går inte att jämföra med traditionell gruvdrift, men i områden där marken annars inte hade brukats kan det ge nya affärsmöjligheter för lokala bönder.

I Albanien, där cirka tio procent av marken är ultramafisk, har en forskargrupp gjort ett försök med jordbruk baserat på silverstenört i området runt Ohridsjön. Där har lokalbefolkningen tidigare inte kunnat odla någonting, men det kommer eventuellt hyperackumulatorn att ändra på.

Metaller uppstår ur askan

Efter böndernas skörd av hyperackumulatorerna krävs naturligtvis en raffineringsprocess innan metallerna kan användas inom industrin. Efter skörden måste växterna först brännas till aska och därefter behandlas med kemikalier som isolerar metallerna.

På vissa håll kommer man att kunna göra miljövinster bara genom att odla dessa speciella växter. De kan exempelvis användas för att rena förorenade industritomter från tungmetaller. Enligt Antony van der Ent har de även stor potential som ett komplement till traditionell gruvdrift.

Då kan växterna användas för att dels stabilisera lösa schaktmassor från reguljär gruvdrift, dels utvinna ytterligare metall ur de överskjutande massorna.

Det krävs emellertid pengar för att dra i gång pilotprojekt, och på den fronten tvingas van der Ent medge att det återstår en del arbete.

”Trots att vi har märkt av ett stort intresse från gruvindustrin, har man dessvärre varken finansierat viktig forskning om hyperackumulatorer eller försök med phytomining”, säger han.

Ändå fortsätter van der Ent sitt arbete med att utforska de mystiska växternas hemligheter. Han vill till exempel gärna ta reda på varför de har utvecklat sina särskilda förmågor, om de faktiskt drar nytta av metallerna eller om de bara ger dem en fördel på så vis att de kan växa där det inte finns några andra växter. Kanske ligger svaret och väntar i ännu okända arter av metallhaltiga växter.

”Över hela världen finns det många fler hyperackumulatorer som bara väntar på att bli upptäckta”, säger Antony van der Ent.