Measurement of transfer factor – TF of radioactive elements in the fast-growing plant culture Helianthus tuberosus L (sunchoke)

Stellen Sie sich die Erde als eine riesige, geschäftige Küche vor, in der Pflanzen die Köche sind. Diese Köche kochen nicht nur mit Gewürzen; sie ziehen Zutaten direkt aus dem Vorratsschrank des Bodens. Manchmal enthält der Vorratsschrank das übliche gesunde Zeug wie Vitamine und Mineralien, aber gelegentlich beherbergt er auch unsichtbare, energetische Gäste namens „Radionuklide“. Dies sind winzige, instabile Atome, die mit Strahlung leuchten, wie K-40 (ein natürlicher Verwandter von Kalium), Cs-137 (ein Überbleibsel aus menschlichen nuklearen Aktivitäten) und andere wie Ra-226 und Th-232.

Wissenschaftler sind sehr daran interessiert, wie diese Köche mit diesen radioaktiven Gästen umgehen. Sie verwenden ein Werkzeug namens „Transferfaktor“ (TF), was im Grunde eine Bewertungsskala ist. Er sagt uns, wie viel einer spezifischen radioaktiven Zutat eine Pflanze aus der Erde greift und wie viel sie in ihren Blättern, Stängeln oder Wurzeln behält. Warum ist das wichtig? Weil wir versuchen, schnell wachsende Pflanzen in Treibstoff für unseren Energiebedarf zu verwandeln. Wenn wir diese Pflanzen in Gas verwandeln, um unsere Städte mit Energie zu versorgen, müssen wir wissen: Konzentrieren wir versehentlich radioaktiven Staub in unserem Brennstoff, oder lassen wir ihn sicher im Boden zurück? Es ist ein Balanceakt zwischen grüner Energie und der Sicherheit unserer Nahrung und Luft.

---

Das Sonnenchokes-Experiment: Ein radioaktives Rezept

In dieser Studie beschloss ein Team von Forschern der Universität Novi Sad, eine sehr hungrige Pflanze namens Helianthus tuberosus L., oder gebräuchlicher die Sonnenchoke (Topinambur), zu untersuchen. Betrachten Sie die Sonnenchoke als einen Super-Koch, der unglaublich schnell wächst und eine massive Menge an Biomasse produziert – bis zu 150 Tonnen pro Hektar im Jahr! Da sie so schnell wächst und so groß wird, ist sie ein perfekter Kandidat für die Herstellung von Biogas (einem erneuerbaren Brennstoff). Aber hier ist der Haken: Während sie Wasser und Nährstoffe aufsaugt, um zu wachsen, könnte sie auch jene unsichtbaren radioaktiven Gäste aus dem Boden aufsaugen.

Die Forscher wollten genau sehen, wie die Sonnenchoke mit diesen Gästen umgeht. Sie gingen zu zwei verschiedenen Feldern in Serbien (eines in Pivnice und eines in Omoljica) und ernteten Sonnenchoke-Pflanzen unterschiedlichen Alters, die von 3 bis 6 Jahre alt reichten. Sie betrachteten nicht nur die ganze Pflanze; sie agierten wie ein sehr präziser Kücheninspektor und trennten die Pflanzen in vier verschiedene Teile: die Knollen (die essbaren Wurzeln, wie Kartoffeln), die Stängel, die Blätter und die Blüten. Sie nahmen auch Proben des Bodens direkt neben den Pflanzen.

Um die unsichtbare Strahlung zu messen, verwendeten sie ein hochmodernes „Super-Auge“ namens HPGe-Detektor. Diese Maschine ist so empfindlich, dass sie die winzigen Energieausbrüche (Gammastrahlen) zählen kann, die von radioaktiven Atomen ausgehen, und verrät den Wissenschaftlern exakt, wie viel jedes einzelnen Elements in jedem Teil der Pflanze und im Boden vorhanden war.

Was sie fanden: Die Kalium-Party und der Cesium-Nachzügler

Die Ergebnisse zeichneten ein klares Bild davon, wie die Sonnenchoke ihre radioaktiven Zutaten sortiert.

Zuerst war da K-40 (Kalium-40). Dies ist ein natürliches Element, das Pflanzen absolut lieben, da sie Kalium zum Überleben und Wachsen brauchen, genau wie Menschen Salz brauchen. Die Sonnenchoke nahm K-40 nicht nur auf; sie veranstaltete eine Party für es. Die Forscher fanden heraus, dass die Pflanze K-40 tatsächlich konzentrierte, was bedeutet, dass die Werte in der Pflanze höher waren als im Boden.

• In den Knollen hielt die Pflanze etwa 1,3 bis 2,1 Mal mehr K-40 zurück, als im Boden vorhanden war.
• In den Blättern und Blüten war die Konzentration sogar noch höher und erreichte bis zum 2,6-fachen des Bodenwertes.
• Die Studie legt nahe, dass die Pflanze nicht unbedingt mehr Strahlung hortet, wenn sie älter wird; die Konzentration bleibt relativ stabil. Es ist, als hätte die Pflanze eine feste Kapazität für Kalium, und sie füllt diese Kapazität unabhängig davon, ob sie 3 oder 6 Jahre alt ist.

Dann war da Cs-137 (Cesium-137). Das ist eine andere Geschichte. Cs-137 ist ein vom Menschen geschaffenes Element, das keine Aufgabe in der Biologie der Pflanze hat. Da es jedoch chemisch ähnlich wie Kalium aussieht, verwechselt die Pflanze es manchmal mit dem echten Ding und lässt es herein. Aber die Sonnenchoke ist wählerisch.

• Die Pflanze ließ kaum Cs-137 in ihre Knollen (nur etwa 0,07 bis 0,17 Mal den Bodenwert).
• In den Stängeln war es etwas höher, aber immer noch niedrig (etwa 0,49 Mal den Bodenwert).
• Entscheidend war, dass das Cs-137 in vielen Proben in den Blättern und Blüten so niedrig war, dass der Detektor es nicht über dem Hintergrundrauschen wahrnehmen konnte.

Die Forscher untersuchten auch Ra-226 und Th-232. Diese Elemente verhielten sich anders, wobei einige Pflanzenteile sie stärker festhielten als andere, aber im Allgemeinen konzentrierte die Pflanze sie nicht so aggressiv wie Kalium.

Das große Ganze: Was dies für die grüne Energie bedeutet

Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die Sonnenchoke ein „Rekonzentrator“ von Kalium ist. Wenn wir diese Pflanze zur Herstellung von Biogas verwenden, landet das Kalium (und sein radioaktiver Zwilling K-40) in dem flüssigen Dünger und den festen Rückständen, die nach der Gasgewinnung übrig bleiben. Da diese Rückstände oft wieder in den Boden gegeben werden, um der nächsten Ernte beim Wachsen zu helfen, wird das radioaktive Kalium direkt wieder in den Boden recycelt.

Die Autoren berechneten, dass man für eine Standard-1-Megawatt-Biogasanlage etwa 7.100 Tonnen Sonnenchoke-Biomasse pro Jahr benötigt. Basierend auf ihren Messungen würde die Verarbeitung dieser Menge etwa 3,6 Milliarden Becquerel (Bq) radioaktiver Elemente in den Boden zurückführen, wobei der Großteil von K-40 stammt.

Es gibt jedoch auch einen Lichtblick. Da die Pflanze anschein-scheinend das gefährliche, vom Menschen gemachte Cs-137 nicht in ihren Blättern und Stängeln hortet (den Teilen, die normalerweise für Brennstoff geerntet werden), scheint das Risiko, diese spezifische Art von Verschmutzung durch den Brennstoffkreislauf zu verbreiten, geringer zu sein. Die Pflanze scheint das „schlechte“ Zeug hauptsächlich in den Wurzeln oder Blättern zu behalten, die sie nicht so effizient transportiert.

Kurz gesagt ist die Sonnenchoke eine effiziente Energiemaschine, die Kalium so sehr liebt, dass sie es direkt aus der Erde zieht, aber sie ist nicht ganz so begierig darauf, die radioaktiven Überreste von Nuklearunfällen zu ergreifen. Dies hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie sie diese schnell wachsenden Pflanzen sicher für die Energiegewinnung nutzen können, ohne versehentlich eine radioaktive Schleife in unserem Boden zu erzeugen.