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

Stel je de Aarde voor als een enorme, bruisende keuken waar planten de chefs zijn. Deze chefs koken niet alleen met specerijen; ze halen ingrediënten rechtstreeks uit de voorraadkast van de bodem. Soms bevat de voorraadkast de gebruikelijke gezonde zaken zoals vitaminen en mineralen, maar af en toe bevat het ook onzichtbare, energetische gasten genaamd "radionucliden". Dit zijn kleine, instabiele atomen die straling uitzenden, zoals K-40 (een natuurlijke neef van kalium), Cs-137 (een restant van menselijke nucleaire activiteiten) en anderen zoals Ra-226 en Th-232.

Wetenschappers zijn zeer geïnteresseerd in hoe deze chefs met deze radioactieve gasten omgaan. Ze gebruiken een hulpmiddel genaamd een "Transfer Factor" (TF), wat eigenlijk een scorekaart is. Het vertelt ons hoeveel van een specifiek radioactief ingrediënt een plant uit de grond grijpt en hoeveel hij besluit te bewaren in zijn bladeren, stengels of wortels. Waarom is dit belangrijk? Omdat we proberen deze snelgroeiende planten om te zetten in brandstof voor onze energiebehoeften. Als we deze planten veranderen in gas om onze steden van stroom te voorzien, moeten we weten: concentreren we per ongeluk radioactief stof in onze brandstof, of laten we het veilig achter in de grond? Het is een evenwichtsoefening tussen groene energie en het veilig houden van ons voedsel en onze lucht.

---

Het Zonnebloemwortel-experiment: Een Radioactief Recept

In deze studie besloot een team onderzoekers van de Universiteit van Novi Sad om een zeer hongerige plant te onderzoeken genaamd Helianthus tuberosus L., of algemener bekend als de zonnebloemwortel (sunchoke). Beschouw de zonnebloemwortel als een superchef die ongelooflijk snel groeit en een enorme hoeveelheid biomassa produceert—tot wel 150 ton per hectare per jaar! Omdat de plant zo snel groeit en zo groot wordt, is het een perfecte kandidaat voor het maken van biogas (een hernieuwbare brandstof). Maar hier zit de adder onder het gras: terwijl de plant water en voedingsstoffen opzuigt om te groeien, kan hij ook die onzichtbare radioactieve gasten uit de bodem opzuigen.

De onderzoekers wilden precies zien hoe de zonnebloemwortel met deze gasten omgaat. Ze gingen naar twee verschillende velden in Servië (één in Pivnice en één in Omoljica) en oogstten zonnebloemwortelplanten van verschillende leeftijden, variërend van 3 tot 6 jaar oud. Ze keken niet alleen naar de hele plant; ze traden op als een zeer nauwkeurige keukeninspecteur door de planten op te splitsen in vier afzonderlijke delen: de knollen (de eetbare wortels, zoals aardappelen), de stengels, de bladeren en de bloemen. Ze namen ook monsters van de bodem direct naast de planten.

Om de onzichtbare straling te meten, gebruikten ze een hoogtechnologisch "superoog" genaamd een HPGe-detector. Deze machine is zo gevoelig dat hij de minuscule energieflitsen (gammaflitsen) van radioactieve atomen kan tellen, waardoor de wetenschappers precies kunnen zien hoeveel van elk element aanwezig was in elk deel van de plant en de bodem.

Wat ze vonden: Het Kaliumfeestje en de Cesium-buitenstaander

De resultaten schetsen een duidelijk beeld van hoe de zonnebloemwortel haar radioactieve ingrediënten sorteert.

Eerst was er K-40 (Kalium-40). Dit is een natuurlijk element waar planten absoluut van houden omdat ze kalium nodig hebben om te overleven en te groeien, net zoals mensen zout nodig hebben. De zonnebloemwortel nam niet alleen K-40 op; de plant gaf er zelfs een feestje voor. De onderzoekers ontdekten dat de plant K-40 daadwerkelijk concentreerde, wat betekent dat de niveaus in de plant hoger waren dan in de bodem.

• In de knollen hield de plant ongeveer 1,3 tot 2,1 keer meer K-40 vast dan er in de bodem zat.
• In de bladeren en bloemen was de concentratie zelfs hoger, oplopend tot 2,6 keer de bodemwaarden.
• De studie suggereert dat naarmate de plant ouder wordt, hij niet noodzakelijkerwijs meer straling verzamelt; de concentratie blijft relatief stabiel. Het is alsof de plant een vaste capaciteit voor kalium heeft, en hij vult die capaciteit ongeacht of hij 3 of 6 jaar oud is.

Toen was er Cs-137 (Cesium-137). Dit is een ander verhaal. Cs-137 is een door de mens gemaakt element dat geen functie heeft in de biologie van de plant. Echter, omdat het chemisch lijkt op kalium, verwart de plant het soms met het echte ding en laat hij het binnen. Maar de zonnebloemwortel is kieskeurig.

• De plant liet bijna geen Cs-137 toe in zijn knollen (slechts ongeveer 0,07 tot 0,17 keer het bodemniveau).
• In de stengels was het iets hoger maar nog steeds laag (rond de 0,49 keer het bodemniveau).
• Cruciaal was dat in veel monsters de Cs-137 zo laag was in de bladeren en bloemen dat de detector het niet eens kon waarnemen boven de achtergrondruis.

De onderzoekers keken ook naar Ra-226 en Th-232. Deze elementen gedroegen zich anders, waarbij sommige delen van de plant meer van hen vasthielden dan andere, maar over het algemeen concentreerde de plant hen niet zo agressief als kalium.

Het Grote Plaatje: Wat dit betekent voor groene energie

De belangrijkste les uit dit artikel is dat de zonnebloemwortel een "herconcentreerder" van kalium is. Als we deze plant gebruiken om biogas te maken, eindigt het kalium (en zijn radioactieve tweelingbroer K-40) in de vloeibare meststof en de vaste resten die overblijven nadat het gas is gemaakt. Omdat deze resten vaak terug in de grond worden gebracht om het volgende gewas te helpen groeien, wordt het radioactieve kalium direct weer gerecycled in de grond.

De auteurs berekenden dat voor een standaard 1-megawatt biogasinstallatie, je ongeveer 7.100 ton aan zonnebloemwortel-biomassa per jaar nodig hebt. Op basis van hun metingen zou het verwerken van deze hoeveelheid ongeveer 3,6 miljard Becquerel (Bq) aan radioactieve elementen teruggeven aan de bodem, waarbij het overgrote deel afkomstig is van K-40.

De studie biedt echter ook een lichtpuntje. Omdat de plant de gevaarlijke, door de mens gemaakte Cs-137 niet lijkt te verzamelen in de bladeren en stengels (de delen die meestal geoogst worden voor brandstof), lijkt het risico om dat specifieke type vervuiling via de brandstofcyclus te verspreiden lager te zijn. De plant lijkt het "slechte" spul voornamelijk in de wortels of bladeren te houden die hij niet zo efficiënt transporteert.

Kortom, de zonnebloemwortel is een efficiënte energiemachine die zo van kalium houdt dat hij het rechtstreeks uit de grond trekt, maar hij is niet even gretig om de radioactieve resten van nucleaire ongelukken te grijpen. Dit helpt wetenschappers om te begrijpen hoe ze deze snelgroeiende planten veilig voor energie kunnen gebruiken zonder per ongeluk een radioactieve lus in onze bodem te creëren.