Metale ciężkie, takie jak kadm, to „cisi zabójcy” naszych ekosystemów. Trafiają do gleby w wyniku działalności przemysłowej, górniczej, rolniczej, a nawet wojskowej, skąd mogą przenikać do wód gruntowych i roślin, trafiając ostatecznie do ludzkich organizmów. 

Tradycyjne metody oczyszczania gleby są często drogie, energochłonne i mogą trwale niszczyć jej strukturę oraz właściwości. Tym wyzwaniem zajął się zespół naukowców z Wydziału Chemicznego PWr: prof. Izabela Michalak (liderka), prof. Jolanta Warchoł oraz Dawid J. Kramski ze Szkoły Doktorskiej PWr. 

Wyniki ich prac, finansowanych przez Organizację ds. Zakazu Broni Chemicznej (OPCW) z siedzibą w Hadze, zostały właśnie opublikowane w prestiżowym czasopiśmie ACS Omega.

Trociny w roli „dopalacza” roślin

Naukowcy przetestowali cztery rodzaje trocin: świerkowe (z korą i bez), sosnowe oraz dębowe jako dodatki do gleby skażonej kadmem. Efekt ich pracy był zaskakujący – trociny, zamiast jedynie „blokować” metale w ziemi (immobilizacja), zadziałały jak biostymulator, przyspieszając proces fitoremediacji.

– Wyniki naszych eksperymentów z wykorzystaniem gorczycy białej (Sinapis alba) pokazały, że dodatek trocin nie tylko poprawił wzrost roślin, zwiększając ich masę i zawartość chlorofilu, ale przede wszystkim przyspieszył pobieranie kadmu z podłoża – wyjaśnia prof. Izabela Michalak.

Najskuteczniejsze okazały się trociny świerkowe. Dzięki nim współczynnik bioakumulacji kadmu w gorczycy był o ponad 30% wyższy niż w roślinach rosnących w glebie bez żadnych dodatków.

Co istotne, chemicy z Politechniki Wrocławskiej przyznają, że wynik ten był dla nich pewnym zaskoczeniem. – Pierwotnie zakładaliśmy, że trociny zwiążą jony kadmu w glebie, jednak ich niska dawka (3%) oraz naturalny proces rozkładu biomasy sprawiły, że zadziałały one jak dodatek doglebowy stymulujący roślinę do intensywniejszego „oczyszczania” podłoża – komentuje prof. Michalak.

Co dzieje się z „metalową” rośliną?

Często pojawia się pytanie: co zrobić z rośliną, która zakumulowała w swojej biomasie metale ciężkie? Jak wyjaśnia prof. Michalak, taka biomasa jest najczęściej spalana. – Uzyskany w ten sposób popiół stanowi koncentrat metali ciężkich, które mogą zostać odzyskane i ponownie wykorzystane w przemyśle – opisuje badaczka z PWr.

Kadm jest niezwykle pożądany m.in. przy produkcji baterii niklowo-kadmowych, barwników, stabilizatorów tworzyw sztucznych, a nawet stopów i powłok ochronnych.

Liście z Parku Szczytnickiego i fusy z kawy

Badania nad trocinami to tylko część szerokiej działalności zespołu prof. Izabeli Michalak. Naukowcy z Wydziału Chemicznego PWr już przygotowują kolejną publikację, tym razem dotyczącą jesiennych liści dębu, buku i klonu zebranych we wrocławskim Parku Szczytnickim.

– W przypadku gleb skażonych miedzią, liście te zadziałały odwrotnie niż trociny – wyjaśnia prof. Michalak. – Skutecznie unieruchomiły one jony metalu w ziemi, co w przyszłości może pozwolić na bezpieczną uprawę roślin na terenach skażonych.

Równolegle mgr inż. Natalia Niedzbała – doktorantka z zespołu prof. Michalak rozwija technologię wytwarzania biowęgla z fusów po kawie, skórek bananów i alg zebranych z Morza Bałtyckiego.

– Biowęgiel jest bardziej stabilny w glebie niż surowa biomasa i jeszcze lepiej zatrzymuje jony miedzi oraz cynku, dbając jednocześnie o zdrowie pożytecznych mikroorganizmów glebowych – mówi Natalia Niedzbała, która swój projekt „Wpływ dodatku biowęgla wytworzonego z biomasy odpadowej na rozwój mikroorganizmów w glebie” realizowała dzięki uczelnianemu minigrantowi dla doktorantów Politechniki Wrocławskiej.

Wspólnie z Instytutem Ogrodnictwa w Skierniewicach (Instytut Ogrodnictwa – Państwowy Instytut Badawczy InHort) sprawdza, jak takie dodatki wpływają na „zdrowie” gleby, czyli na różnorodność pożytecznych mikroorganizmów.

Przyszłość ekologii jest naturalna

Badania chemików z Politechniki Wrocławskiej pokazują, że proste, naturalne rozwiązania mogą skutecznie konkurować z drogimi technologiami stosowanymi w remediacji skażonej gleby. Wykorzystanie odpadów z tartaków czy liści to nie tylko niższe koszty, ale przede wszystkim szansa na przywrócenie naturze terenów, które do tej pory uważano za bezpowrotnie skażone.

– To wszystko pokazuje, że przyszłość ekologii leży w prostych, naturalnych rozwiązaniach, które łączą ochronę środowiska z mądrym zarządzaniem odpadami – podsumowuje prof. Izabela Michalak.