Een staalbedrijf en een biotechnologische start-up gaan samenwerken om planten in te zetten als mijnbouwers. ‘Het zijn een soort vegetarische koempels.’
Van de – pak ‘m beet – 350.000 soorten planten op aarde, zijn er zevenhonderd die een bizarre eigenschap hebben: ze nemen heel gericht bepaalde metalen op uit de bodem en slaan die op in sap, takken en bladeren. Het grootste deel, vijfhonderd van die zevenhonderd soorten, doet dat met nikkel, maar er zijn er ook die lood, zink, kobalt of mangaan opslaan.
Er zijn drie soorten bekend die zelfs heel gericht cadmium uit de bodem halen en twee die dat doen met het bijzonder giftige thallium, een stof die nota bene als rattengif kan worden ingezet. “In dat giftige zit hem ook de kneep”, zegt plantenwetenschapper Antony van der Ent van het Laboratorium voor Erfelijkheidsleer van Wageningen University & Research.
Het ultieme gif
“Heel veel planten maken zelf giftige stoffen, alkaloïden, die bedoeld zijn om insectenvraat tegen te gaan. Nicotine in de tabaksplant is zo’n stof. Maar vaak weten bepaalde insecten dat gif toch te omzeilen en wordt de plant alsnog aangevreten. Die zevenhonderd planten die metalen opnemen hebben in feite het ultieme gif gevonden. Door nikkel, zink of zelfs thallium op te nemen, worden ze extreem giftig voor grazende insecten of andere dieren”, aldus Van der Ent.
De eerste ontdekking van zwaar giftige metalen als natuurlijk bestanddeel van planten gaat terug naar de vroege jaren zeventig van de vorige eeuw, toen een plantenonderzoeker op het Pacifische eiland Nieuw-Caledonië een boom ontdekte met een wonderlijk groen sap. Bij nadere analyse in een laboratorium, bleek de kleur afkomstig van een extreem hoog nikkelgehalte, tot wel 25 procent. Bijna geen bioloog wilde die resultaten geloven, maar onder andere de Britse bioloog Alan Baker werd er wel door getriggered.
Samen met collega’s besteedde hij bijna zijn hele verdere carrière aan het zoeken en onderzoeken van verschillende planten die metalen op konden nemen. In 2010 ging de net afgestudeerde plantenonderzoeker Van der Ent als promovendus met Baker mee zoeken. “We wilden weten hoe ze dat deden, giftige metalen opnemen; wat de genetica achter die bizarre truc was”, herinnert hij zich.
Tegelijk zagen Van der Ent en collega’s ook al potentiële toepassingen van deze bijzondere planten. Op Nieuw-Caledonië, maar ook in Indonesië en op de Filippijnen, zijn grote mijnbouwbedrijven actief. In ‘open mijnbouw’ strippen zij de grond met hulp van enorme graafmachines. Als ze klaar zijn met zo’n mijn, dan moeten ze er van de overheid planten op zetten om erosie tegen te gaan, waarna ze gewoon een stukje opschuiven en zo het landschap langzaam ‘opeten’.
Van der Ent: “In eerste instantie dachten wij: waarom zet je niet deze bijzondere planten op die grond waar nog steeds te veel nikkel in zit, om de laatste resten er ook uit te halen?” Helaas voor de onderzoekers waren de bazen van de mijnbouwbedrijven niet geïnteresseerd en achteraf snapt Van der Ent dat ook wel. “Als je met industriële mijnbouw 80.000 ton nikkel per jaar uit een open mijn schept, dan ben je niet geïnteresseerd in die laatste paar tonnen die je misschien met hulp van planten uit de grond kan trekken.”
De verkeerde plant op de verkeerde plek
Zijn promotor Baker ziet nog een andere reden waarom het idee tot nu toe niet van de grond is gekomen. “Het idee klinkt zó eenvoudig dat mensen een instant resultaat verwachtten. Maar er is heel veel geëxperimenteerd met de verkeerde planten op de verkeerde plekken. Een plant uit Nieuw-Caledonië kan je niet zomaar naar andere plekken op de wereld brengen om daar metaal uit de bodem te halen.”
Toch liet het idee van ‘nikkelmijnende planten’ Van der Ent niet los. Samen met collega’s van de Université de Lorraine in Nancy, Frankrijk, richtte hij in 2015 het biotechnologisch bedrijf Econick op. Die start-up is vorige maand een samenwerking aangegaan met een internationaal staalbedrijf, Aperam, producent van onder andere roestvrijstaal. Met de joint venture ‘Botanickel’, willen de bedrijven alsnog proberen om de nikkelmijnende planten in te zetten voor milieuvriendelijke winning van nikkel.
De sterren staan goed, denkt Van der Ent. “Nikkel is een belangrijk onderdeel van Li-ion batterijen. Zo zit in iedere Tesla tussen de 30 en 50 kilo nikkel. En ook in roestvrij staal zit ongeveer 10 procent nikkel. Maar de winning van nikkel kost nu enorm veel CO2. Mede daardoor is de productie van roestvrij staal een van de meest ‘koolstof-intensieve’ vormen van staalproductie en de uitstoot van CO2 kost bedrijven ook steeds meer geld.”
“De prijs van nikkel is ondertussen door de grote vraag naar nikkel voor batterijen flink gestegen, van 12 naar 25 dollar per kilo. Wij denken dus dat het uit kan om planten met twee tot drie procent nikkel in hun weefsel te oogsten en vervolgens te verbranden. In de as zit dan ruim een kwart nikkel, die vervolgens heel zuiver gewonnen kan worden.”
Bij de verbranding van de nikkelmijnende planten komt uiteraard ook CO2 vrij, maar dat is dezelfde CO2 die bij het groeien van de planten werd vastgelegd. Per saldo zou het dus een ‘klimaatneutrale’ productie kunnen worden, hoopt van der Ent.
Behalve nikkel blijven er ook nog andere stoffen in de verbrande plantenresten achter. Die worden er onder andere met zuur uitgehaald, maar ook daarover maakt Van der Ent zich geen al te grote milieuzorgen. “Van het calcium en kalium in de as, maken we met behulp van zwavelzuur gips. Dat is een onschuldig restproduct. En omdat de planten zo onvoorstelbaar selectief zijn in het opnemen van nikkel, hoeven we geen verontreinigingen van ijzer of andere metalen te verwijderen. In potentie is het dus een extreem zuivere productie van nikkel.”
Twee veldproeven
Botanickel heeft inmiddels twee grote veldproeven lopen. In Griekenland wordt op grote schaal schildzaad geteeld op grond die relatief rijk is aan nikkel. Het is een eenjarige plant met gele bloemetjes die op het eerste gezicht wel lijkt op koolzaad. Op Sabah, het Maleisische deel van Borneo, kweekt het bedrijf struiken uit het plantengeslacht Phyllanthus, op grond die erg rijk is aan nikkel. “Het is een struik die je kan verbouwen als op een soort theeplantage”, legt Van der Ent uit. “Je kan de struik meerdere jaren verbouwen en dan regelmatig de bovenste decimeters eraf snoeien om daar het nikkel uit te halen.”
Dit soort landbouw kun je bedrijven op grond die door het hoge nikkelgehalte nergens anders voor geschikt is, stelt Van der Ent. “Na een jaar of twintig is zo goed als al het nikkel uit de bovenste meter verdwenen en wordt de grond ook weer geschikt voor andere vormen van landbouw.”
Behalve als ‘vegetarische koempels’, voor de commerciële winning van nikkel, zijn de planten dus ook in te zetten als schoonmaakploeg, verwacht Van der Ent. Zo worden in China al goede resultaten bereikt met een lintvaren, die op grote schaal en heel gericht arseen uit de grond kan halen. Bij een glasfabriek in Frankrijk zijn planten ingezet om loodvervuiling uit de bodem op te nemen en in eigen land zijn bij zinkfabrieken niet alleen bijzondere zinkviooltjes gevonden, maar ook de plant zinkboerenkers.
Het zinkviooltje is beroemd onder plantkundigen, omdat het behoorlijk hoge zinkgehalten tolereert. De zinkboerenkers gaat nog een stap verder: die neemt het metaal ook gericht op en maakt zo de grond weer een beetje schoner.
Hoogleraar Baker – inmiddels met emeritaat, maar nog bepaald niet achter de geraniums gekropen – deelt het optimisme van zijn oud-student Van der Ent. “We hebben na veertig jaar veel geleerd over de specifieke eigenschappen van de planten, de bodem en ook de microben waar ze mee samenleven. Met de juiste planten op de juiste plekken denk ik dat het mogelijk moet zijn om op een duurzame manier metalen te winnen. We zijn er nu echt wel achter dat grondstoffen eindig zijn en dat we niet meer alles wat we nodig hebben zomaar uit grote, oneindige mijnen kunnen scheppen.”
Lees ook:
Verzet tegen goudkoorts rondom diepzeemijnen groeit. ‘Het is een soort roofbouw’
Steeds meer wetenschappers, bedrijven en wereldleiders spreken zich uit tegen het mijnen van kritische mineralen op de bodem van de diepzee. De natuurschade die deze industrie aanricht is onbekend en dus staat de toekomst van diepzeemijnbouw op losse schroeven.
