Plante drypper med metal

Planter kan gi oss grønn gruvedrift

Metaller er uunnværlige i alt fra tungindustri til smarttelefoner og elbiler, men utvinningen skader både klimaet og miljøet. Nå foreslår forskere en ny type grønn gruvedrift: De vil dyrke planter som suger metallene opp av jorden.

Metaller er uunnværlige i alt fra tungindustri til smarttelefoner og elbiler, men utvinningen skader både klimaet og miljøet. Nå foreslår forskere en ny type grønn gruvedrift: De vil dyrke planter som suger metallene opp av jorden.

Claus Lunau

Året er 2014. Planteforskeren Antony van der Ent har beveget seg dypt inn i regnskogen på stillehavsøya Ny-Kaldeonia.

Han er på jakt etter et unikt tre, Pycnandra acuminata, som kan hope opp så enorme mengder metaller i sitt indre at alle andre levende organismer ville bli syke og dø av det.

Van der Ent har hellet med seg. Han finner et eksemplar av treet, tar fram kniven fram og skjærer et snitt i barken. I dag kan han fortsatt huske hva han følte da han betraktet saften som rant ut av det åpne såret.

«Å se den blågrønne lateksen, som inneholder 25 prosent nikkel, sive ut av treet i regnskogen i Ny-Kaldeonia med mine egne øyne for første gang, var virkelig spektakulært», forteller han til Illustrert Vitenskap.

Treet på stillehavsøya er et eksempel på en biologisk sjeldenhet som kanskje kan danne grunnlag for en helt ny form for gruvedrift i framtiden. Trær og planter med den spesielle evnen til å suge opp metaller vil kunne dyrkes på millioner av hektar jord verden over. De kan dermed bli en ny kilde til verdifulle metaller samtidig som de kan rense forurenset jord og gi fattige bønder en ny inntektskilde.

Antony Van Der Ent

Biokjemikeren Antony van der Ent har funnet mer enn 400 metallsugende planter. Her står han med en saftprøve fra arten Phyllanthus balgooyi, som inneholder over 16 prosent nikkel.

© Sustainable Minerals Institute

Det er i hvert fall visjonen til forskere som arbeider med de såkalte hyperakkumulatorene.

Van der Ent, som er ansatt ved The University of Queensland i Australia, er blant dem som tar til orde for at plantene kan åpne døren til den nye, grønne gruvedriften som også kalles fytomediering. Den kan ifølge van der Ent bli et miljøvennlig supplement til vanlig gruvedrift, der bruken av maskiner slipper ut store mengder CO2, og der gravearbeidet ofte ødelegger natur og miljø.

700 planter suger opp metall

Van der Ent arbeider med å oppdage nye hyperakkumulatorer og med å finne ut hvordan de kan overleve ved å suge til seg så store mengder metall. I dag kjenner forskerne til mer enn 700 planter og trær som har den spesielle egenskapen. Selv har van der Ent funnet og beskrevet mer enn 400 hyperakkumulatorer de siste årene.

Pycnandra acuminata, som han fant i regnskogen på Ny-Kaldeonia, ble opprinnelig oppdaget av Tanguy Jaffré på 1970-tallet og er til nå den hyperakkumulatoren som kan hope opp mest metall.

25 prosent nikkel, som ble funnet i sevjen i treet, er ifølge van der Ent et «svimlende» høyt tall. Selv om nikkel finnes naturlig i blant annet maten vår, i doser målt i mikrogram – altså milliondeler av et gram – er bare noen få gram av metallet dødelig.

Snit i trae

Den sterke grønnfargen i plantesaften fra hyperakkumulatorer avslører store konsentrasjoner av metallet nikkel.

© Sustainable Minerals Institute

Van der Ents forskning viser at et av hyperakkumulatorenes spesielle triks er å deponere metallatomene helt ute i de cellene som utgjør overflaten av bladene. Her er de antagelig til minst mulig skade, særlig for plantenes energiomsetning, som finner sted i de klorofyllholdige cellene lenger inne.

Men hvordan plantene klarer å transportere for eksempel nikkelatomer hele veien opp fra røttene og ut i bladenes ytterste lag, er fortsatt en gåte.

I jakten på hyperakkumulatorer har van der Ent reist rundt på fem kontinenter og et utall øyer. Særlig avsidesliggende øyer kan gi muligheter til nye oppdagelser, og derfor var ikke valget av Ny-Kaldeonia tilfeldig. Øyas beliggenhet langt fra fastlandet betyr at et variert dyre- og planteliv har utviklet seg isolert over millioner av år.

Metallinnholdet sjekkes på stedet

På Ny-Kaldeonia lever for eksempel den 55 centimeter lange fuglen kagu, som ikke kan fly. Det er den eneste fuglen i verden som er utstyrt med fjær som stritter som værhår rundt neseborene.

Pycnandra acuminata er, akkurat som kaguen og mange andre arter på øya, endemiske, noe som vil si at de ikke finnes noen andre steder på planeten.

Når van der Ent har funnet en mulig hyperakkumulator i regnskogen, måler han først metallinnholdet i planten med et håndholdt røntgenapparat.

Metallsugende planter kan overleve i jord der andre planter må gi opp. Plantene kan både utnytte ugjestmilde områder og gjøre tradisjonell gruvedrift mer effektiv.

Plante med metal
© Sustainable Minerals Institute & Shutterstock

Koboltsluker rydder opp i kobbergruver

Kobolt brukes i batterier til blant annet elbiler. Planten Haumaniastrum robertii kan trekke metallet ut av slagg fra kobbergruver, for eksempel i Sentral-Afrika. Forsøk viser at utbyttet kan bli hele 25 kilo kobolt per hektar.

Rapsmark
© Sustainable Minerals Institute & Shutterstock

Nikkelsluker gir jord ny verdi

Noen landområder inneholder så mye nikkel at de ikke brukes til matproduksjon. I stedet kan de beplantes med den effektive metallslukeren Alyssum murale, som kan levere 400 kilo nikkel per hektar.

Plante med metal
© Shutterstock

Thalliumsluker gjør dyrt metall billigere

Metallet thallium brukes blant annet i elektronikk og optiske materialer. Thallium er dyrt å utvinne ved tradisjonell gruvedrift, men planten Iberis linifolia kan trekke metallet ut av slagg fra sink- og blygruver.

Røntgenbølgene fra instrumentet får metallene i planten til å sende ut røntgenstråling som igjen fanges opp av apparatet. Ved å sammenligne den utsendte og mottatte strålingen kan instrumentet avgjøre hvilken type metall planten inneholder.

Hvis metallinnholdet er høyt og metalltypen er interessant, tar van der Ent vare på planten. Røtter og blader fryses ved hjelp av flytende nitrogen ned til –196 grader celsius, noe som sikrer at planteprøven blir bevart under resten av turen og under transporten hjem til laboratoriet.

Her begynner arbeidet med å undersøke hvordan ulike metaller som nikkel eller kobolt fordeler seg i plantens vev og celler. Det er vanskelig for forskerne å håndtere planteprøvene ved nesten 200 minusgrader, og derfor blir prøvene nå frysetørret slik at de holder seg intakte ved romtemperatur. Deretter blir de utsatt for de avanserte apparatene.

Partikkelakselerator kartlegger de metallslukende plantene.

Detaljert kartlegging av hyperakkumulatorene krever en såkalt synkrotron med en omkrets på 216 meter. Det er en enorm, sirkelformet partikkelakselerator som tvinger elektroner nesten opp i lyshastighet. Prosessen danner ekstremt sterke røntgenstråler som brukes til å utføre mikroskopi på planteprøvene.

Planteprøven beveges gjennom røntgenstrålen, og ut fra samme prinsipp som med det håndholdte apparatet ute i regnskogen kan konsentrasjonen av ulike metaller kartlegges og studeres i detalj på en dataskjerm.

Hoveddelen av hyperakkumulatorene – nesten 75 prosent – er flinke til å hope opp nikkel, som er viktig mange steder i industrien. Vi bruker det for eksempel i rustfritt stål og i batterier til elbiler. I Teslas elbiler brukes det ifølge noen anslag i gjennomsnitt 45 kilo nikkel.

Men også andre metaller finner veien fra bakken og inn i plantenes stengler og blader. Planten Iberis linifolia tar opp for eksempel thallium som blant annet brukes i elektronikk, mens andre hyperakkumulatorer tar opp metaller som sink, kobolt og selen.

Albanske bønder høster nikkel

I 2018 kunne Antony van der Ent og forskerkollegene hans offentliggjøre funnet av hyperakkumulatoren Phyllanthus rufuschaneyi, som han selv mener er den viktigste oppdagelsen til nå innen forskningsfeltet.

Planten er oppkalt Rufus Chaney i det amerikanske landbruksdepartementet, som i 1983 la fram ideen om grønn gruvedrift, og den har et nikkelinnhold i saften på opptil 25 prosent – altså like høyt som den sjeldne tresorten fra Ny-Kaldeonia.

«Denne arten har det største potensialet av alle hyperakkumulatorer så langt», mener van der Ent. Det er fordi den i tillegg til sitt store nikkelopptak raskt kan danne nye skudd etter at den har blitt høstet.

Ifølge van der Ent er potensialet for en ny, grønn gruveindustri basert på planter aller størst i tropene, i land som Indonesia, Malaysia og Filippinene. Bare på øya Sulawesi i Indonesia finnes det mer enn 15 000 km2 såkalt ultramafisk jord – altså jord som naturlig inneholder store mengder metall, i dette tilfellet nikkel.

Verdenskort med nikkelsugende omraader

En rekke land har landområder som kan beplantes med nikkelsugende planter. Det gjelder blant annet Indonesia og Malaysia i Sørøst-Asia, Iran i Midtøsten og Albania i Europa.

© Shutterstock

Her vil hyperakkumulatoren Alyssum murale kunne gi et utbytte på omkring 400 kilo nikkel per hektar i året, noe som svarer til en inntekt på om lag 4000 dollar for eieren av jorden. Det kan ikke måle seg med tradisjonell gruvedrift, men i områder der jorden ellers ville ligge brakk, kan det bli en ny forretningsmulighet for lokale bønder.

I Albania er om lag ti prosent av jorden ultramafisk, og her har forskere gjennomført et forsøk med landbruk basert på Alyssum murale ved innsjøen Ohrid. Her har ikke bøndene kunnet dyrke jorden, men det kan hyperakkumulatoren kanskje gjøre noe med.

Metaller oppstår av asken

For å kunne bruke metallet i hyperakkumulatorene i industrien kreves naturligvis en raffineringsprosess. Plantene må først brennes til aske og deretter behandles med kjemiske midler som isolerer metallene.

Noen steder vil det imidlertid ligge en miljøgevinst allerede ved dyrkingen av de spesielle plantene. De kan for eksempel brukes til å rense forurensede industritomter for tungmetaller, og så har de ifølge Antony van der Ent et stort potensial som et supplement til den tradisjonelle gruvedriften.

Her kan plantene brukes til å stabilisere slagg fra gruvedrift og samtidig trekke enda mer metall ut av det.

Det krever imidlertid penger å sette i gang pilotprosjekt med fytomediering, og her må van der Ent innrømme at det er et stykke å gå.

«Selv om vi har opplevd stor interesse fra gruveindustrien, har den dessverre verken finansiert forskning av betydning om hyperakkumulatorer eller forsøk med grønn gruvedrift», sier han.

Likevel fortsetter van der Ent arbeidet med å utforske de mystiske plantenes hemmeligheter. Han vil for eksempel finne ut hvorfor de har utviklet sine spesielle evner – om de på en eller annen måte har nytte av metallene, eller om det bare gir dem en fordel at de kan vokse der ingen andre kan. Kanskje ligger svaret og venter hos helt ukjente arter metallholdige planter.

«Over hele verden finnes det mange flere hyperakkumulatorer som bare venter på å bli oppdaget», sier Antony van der Ent.