Umweltschutz

Jahrzehntelang trug die Elbe eine gefahrbringende Fracht flussabwärts. Tagaus tagein wurden mit industriellem Abwasser Quecksilberverbindungen in den Fluss geleitet. Allein aus der Chlor-Produktion der tschechischen Fabrik SPOL-Chemie gelangten bis 1996 Jahr für Jahr zwei Tonnen Quecksilber in die Elbe. Das giftige Schwermetall reicherte sich im Schlamm des Hamburger Hafenbeckens an. Dieser wurde schließlich so gefährlich, dass er auf einer Sondermülldeponie abgelagert werden musste.

In der Natur kommt Quecksilber hauptsächlich als Zinnober in Gesteinen vor. Aus Quecksilberminen oder auch bei der Goldwäsche ¿ wo zur Extraktion von einem Gramm Gold ein Kilogramm Quecksilber (!) eingesetzt wird ¿ und auch bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gelangt es in die Atmosphäre, in das Wasser und in den Boden. Wird es vom Menschen über die Nahrungskette ¿ beispielsweise angereichert in Fischen ¿ aufgenommen, löst es Kopfschmerzen, Seh-, Hör- und Sprachstörungen oder Nierenschäden aus. In schweren Fällen kommt es zur Unfähigkeit, die Muskeln zu kontrollieren, zu Gelenkschäden bis hin zum Tod.

Da Quecksilber ein natürlich vorkommendes Schwermetall ist, haben manche Lebewesen die Fähigkeit entwickelt, in quecksilberhaltigem Milieu zu leben. Es gibt Bakterien, bei denen in einer doppelten Zellwand das Quecksilber von Trägermolekülen abgefangen und ins Zellinnere transportiert wird, ohne dass der Organismus Schaden nimmt. Dort wird es an ein spezielles Enzym weitergegeben, das ein energiereiches Molekül bindet. Dabei werden zwei Elektronen auf das Quecksilber-Ion übertragen. So entsteht ein unlösliches, silbriges Metall-Atom, welches aus dem Bakterium hinaus diffundieren kann.

Biobett hält Schadstoff fest

Diesen natürlichen Entgiftungsmechanismus machten sich Forscherinnen und Forscher der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF), Braunschweig, zunutze und entwickelten ein Verfahren, um quecksilberhaltige Abwässer zu reinigen. Sie siedelten dazu Mikroorganismen auf kleinen porösen Steinchen an. Auf diesem Trägermaterial bildeten die Bakterien einen Biofilm. Leitete man nun die quecksilberhaltigen Abwässer über dieses Festbett, so wurde das Quecksilber festgehalten und reicherte sich mit der Zeit dort an. Für optimale Lebensbedingungen der Bakterien wurde ein ausgeklügeltes Mess- und Regelsystem entwickelt. So wurden die Lebewesen in die Lage versetzt, Tag für Tag ionisches Quecksilber tatsächlich in das unlösliche metallische Schwermetall umzuwandeln. Dr. Irene Wagner-Döbler und ihrem Team gelang es, auf diese Weise pro Tag 180 Gramm Quecksilber zu sammeln. Dieser Prozess kann so lange laufen, bis die Kapazität des Trägermaterials erschöpft ist. Dann wird das Quecksilber herausgelöst und kann dem Produktionsprozess wieder zugeführt werden. 450 Tage dauerte das längste Experiment.

Die industrielle Praxis

Schließlich gelang es, 95 bis 99 Prozent des Quecksilbers aus dem Abwasser zurückzuhalten. Ein überzeugendes Resultat, das es nahe legte, damit aus dem Labor in die industrielle Praxis zu gehen. Doch es erwies sich anfangs als schwierig, so berichtet Professor Dr. Kenneth Timmis, Bereichsleiter Mikrobiologie, im Rückblick, die Industrie davon zu überzeugen, Bakterien in Dienst zu nehmen. Für die Übertragung des Forschungsergebnisses in den Industriemaßstab gewann Professor Dr. Wolf-Dieter Deckwer, ehemaliger Leiter der GBF-Bioverfahrenstechnik, schließlich die Firma Preussag Wassertechnik.

Grundsätzlich denkbare Einsatzgebiete für die biotechnologische Quecksilberdekontamination sind die Chloralkali-Elektrolyse, die Entgiftung von Waschwasser aus der Gebäude- und Leitungsreinigung sowie die Entgiftung von Abwässern aus Industrieproduktionen und Deponien.

Für das Verfahren zur Reinigung quecksilberbelasteter Abwässer wurden Irene Wagner-Döbler sowie Kenneth Timmis und Wolf-Dieter Deckwer mit dem Erwin Schrödinger-Preis 2001 ausgezeichnet. Das Verfahren sei beispielhaft für die Überführung von Ergebnissen der Grundlagenforschung in eine umweltschonende Anwendung, heißt es in der Laudatio des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft, der den mit 100 000 Mark dotierten Preis auf Vorschlage der Helmholtz-Gemeinschaft vergibt. Die Jury für die Vergabe dieser speziell interdisziplinären Forschungsarbeiten gewidmeten Auszeichnung kam zu dem Schluss, dass durch das Zusammenführen von Mikrobiologie, Bioverfahrenstechnik und Ökologie die Entwicklung des Bioreaktors und sein industrieller Einsatz gelungen und überaus erfolgreich sei. Inzwischen kommt Interesse an einer Vermarktung auch aus Japan, wo im Jahr 1953 in das Meer geleitete quecksilberhaltige Abwässer unter der Bevölkerung schwere Vergiftungen hervorgerufen hatten und die immense Schadwirkung des toxischen Stoffes eindringlich vor Augen geführt worden war.

Auch die Firma SPOL-Chemie am tschechischen Oberlauf der Elbe setzt das Verfahren inzwischen zur Entgiftung ihres Abwassers ein. Die Mikrobiologin Irene Wagner-Döbler konnte das Management überzeugen, die Umwelt mit dem zuverlässigen und effizienten Verfahren aus Braunschweig zu schonen und die Menschen vor den schädlichen Wirkungen des Schwermetalls zu schützen.

Autorin:

Dipl.-Journ. Cordula Tegen

Helmholtz Gemeinschaft

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Zum Thema

Quecksilber (Hg) ist das einzige bei Raumtemperatur flüssige Metall. Es ist als Dampf und in seinen Verbindungen sehr giftig. Kleinste Mengen verursachen schwere Umwelt- und Gesundheitsschäden. Quecksilber findet daher bei allen Umweltschutzmaßnahmen besondere Beachtung. In der Technik wird Quecksilber etwa bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse nach dem Amalgamverfahren eingesetzt. Ebenso bei der Herstellung von Batterien, Leuchtkörper und ganz allgemein in Mikroelekronik und Messtechnik. Hohe Konzentration von Quecksilber findet sich nach wie vor im Schlick von Häfen und Schifffahrtswegen.

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