Alleseters

De beste manier om uraniumvervuiling op te ruimen is met bacteriën. En je hoeft ze niet ver te zoeken: ze komen al op de vervuilde plekken voor.

Het water dat van terreinen van oude uraniummijnen in de deelstaten Thüringen en Saksen in het voormalige Oost-Duitsland weglekt, is zwaar vervuild met uranium en andere zware metalen. Niet de straling (het erts is slechts laag-radioactief), maar de giftigheid van uranium vormt potentieel een groot gevaar voor volksgezondheid en milieu.

Moleculair microbiologe dr. Sonja Selenska-Pobell van het Instituut voor Radiochemie aan het Forschungszentrum Rossendorf in Dresden is ervan overtuigd dat de vervuiling het beste met behulp van bacteriën gesaneerd kan worden. ``Daarvoor geschikte micro-organismen hoef je niet ver te zoeken. Juist op de vervuilde plekken treffen we bacteriën aan die al helemaal zijn ingesteld op de vervuiling'', vertelt ze geestdriftig.

De groep van Selenska-Pobell probeert de biodiversiteit van het bacteriële leven in de voormalige uraniumwingebieden in kaart te brengen. Daartoe verzamelen ze monsters bij en in de ertsafvalberg Haberland bij Johanngeorgenstadt, het mijnafvalbassin van Gittersee/Coschütz en de uraniumgroeve van Schlema/Alberoda. De wetenschappers proberen zo te achterhalen welke invloed micro-organismen hebben op de verspreiding van uranium. En, belangrijker, of deze bacteriën gebruikt kunnen worden bij de sanering van de sterk vervuilde mijngebieden.

De van oorsprong Bulgaarse microbiologe slaagde er onlangs in ten minste drie verschillende bacteriesoorten – respectievelijk het nauwst verwant aan Bacillus cereus, Bacillus megaterium en Bacillus sphaericus – te identificeren en te isoleren uit het wegsijpelende water van de Haberlandafvalberg. Ze liet de bacteriestammen gedurende twee dagen onder zuurstofrijke omstandigheden groeien in het lekwater van de ertsberg. Bij analyse bleek dit behalve uranium, ook een giftige cocktail van achttien andere zware metalen te bevatten – waaronder vervalproducten van uranium, zoals strontium, cesium, cadmium, lood en alumiunium. Stuk voor stuk bleken de staafvormige micro-organismen echter in staat om hierin te overleven. Sterker nog, ze bleken zelfs geneigd om een aantal van de zware metalen specifiek aan zich te binden, met een voorkeur voor uranium, lood, cadmium, koper en aluminium.

Vervolgens spoelde Selenska-Pobell de bacteriën met een sterke zeepoplossing, om te beoordelen hoe sterk ze de metalen bleven binden. De uitkomst was verheugend: de sporen van de bacteriën bleken vooral de metalen uranium, cadmium en aluminium goed vast te houden. Selenska-Pobell ontdekte dat de metaalionen in de S-laag, een mantel van eiwitten of glycoproteïnen aan de buitenkant van de bacterie, een strak geordend nanocluster vormen. ``Blijkbaar hebben deze bacteriën op die manier geen last van de hoge giftigheid van uranium'', aldus de microbiologe.

Selenska-Pobell identificeerde ook de bacterie Desulfovibrio oxamicus in de watermonsters. Dit micro-organisme is in staat het goed oplosbare zeswaardig uranium (VI) te reduceren tot onoplosbaar vierwaardige uranium (IV). ``Weer andere bacteriën – die we ook in het uraniumafval aantroffen – doen juist het omgekeerde. Deze chemolithoautotrofe organismen, zoals onder meer Leptospirillum ferrooxidans en Acidithiobacillus ferrooxidans, maken onder zure en zuurstofloze omstandigheden uraniumionen vrij die in het water oplossen.'' Binnen de ertspuinhopen heersen complexe microbiologische interacties. Het hangt van de lokale milieuomstandigheden af wat de netto-uitkomst is: vastleggen van uranium of oplossen van uranium.

Het onderzoek moet uiteindelijk leiden tot een nieuwe methode om de uraniumvervuiling ter plekke door bacteriën te laten opruimen: in situ bioremediatie. Nu wordt het lekwater op veel plaatsen met chemische middelen gezuiverd. Door toevoegen van een reeks chemicaliën kan men het uranium laten bezinken. Het gezuiverde water wordt via een overloop op kleine riviertjes geloosd en het bezinksel wordt verpakt in zakken en samen met overig ertsafval in de bodem begraven.

Volgens Selenska-Pobell is in situ bioremediatie misschien wel de enige duurzame oplossing: ``Bacteriën zijn erg flexibel en kunnen zich snel aanpassen aan nieuwe omstandigheden. Chemische en fysische methoden zijn veel gevoeliger; als de samenstelling van het afvalwater verandert, werken de processen ineens veel minder effectief. De biologische variant is robuuster en ook nog eens veel goedkoper.'' Daar heeft de Duitse regering wel oren naar. Want de komende tientallen jaren zal het nodig blijven om het lekwater dat uit de mijnen en de afgedekte puinbergen stroomt te zuiveren. Dat moet in de eerste plaats goed, maar bij voorkeur ook zo goedkoop mogelijk gebeuren.

Een werkende bioreactor voor uraniumverwijdering heeft Selenska-Pobell evenwel nog niet; het onderzoek is nog in volle gang. Ze werkt sinds kort samen met wetenschappers van het Instituut voor Materiaalkunde van de Technische Universiteit van Dresden aan een biokeramisch filter voor de zuivering van uraniumhoudend afvalwater. ``In de poreuze keramische matrix van siliciumdioxide vinden de bacteriën het juiste milieu om zware metalen te binden en hebben ze houvast zodat ze zelf niet met de waterstroom worden meegesleurd.''

langzaam groeiend

Selenska-Pobell gaat uit van de natuurlijke bacteriepopulatie. ``Veel microbiologen willen graag met een pure bacteriecultuur werken. Maar dat zou in dit geval funest zijn. Er bestaat een delicate symbiotische relatie tussen de verschillende bacteriesoorten in de bodem. Deze microbiologische gemeenschappen zijn afhankelijk van elkaar en als je ze gaat scheiden, werken ze niet meer. Bovendien zijn deze bacteriën van een zeer langzaam groeiend soort: ze delen zich eens per twee weken. Dat maakt het het erg moeilijk ze in bruikbare hoeveelheden te kweken.''

De Bulgaarse onderzoekster is ervan overtuigd dat de microbiologie – het bacteriële leven op aarde – meer oplossingen heeft te bieden. Ook andere ernstige milieurampen kunnen met behulp van bacteriën worden aangepakt. ``De truc is weer om bacteriën die zich al op de vervuilde plek bevinden het werk te laten doen. Deze zijn namelijk het best aangepast aan de lokale omstandigheden (stralingsniveau, maar ook zuurtegraad, beschikbaarheid van zuurstof en voedingstoffen etc.) en bieden dus het meeste kans op succes. In Vietnam zijn een paar jaar geleden bacteriën gevonden die de uiterst giftige en `onafbreekbare' stof dioxine kunnen verteren. Niet toevallig zijn ze op die plek gevonden; door het gebruik van chemische strijdmiddelen tijdens de Vietnam-oorlog is daar enorme vervuiling geweest. Dertig jaar later is gebleken dat micro-organismen daar toch raad mee weten.''

De Sovjetbezettingsmacht richtte in 1947 het staatsmijnbouwbedrijf Wismut op. Het Ertsgebergte in de zuidelijke Oost-Duitse deelstaten Thüringen en Saksen bevatte de felbegeerde grondstof uranium waarmee Sovjetleider Stalin een eigen kernwapenprogramma zou kunnen opzetten. In veertig jaar tijd werd 231.000 ton uranium naar boven gehaald. Dat maakte Oost-Duitsland na de Verenigde Staten en Canada nummer drie op de wereldranglijst van de na-oorlogse uraniumproductie. Zestig procent van het uraniumerts dat de Sovjet-Unie voor diverse nucleaire toepassingen nodig had, kwam hier vandaan.

Veel oog voor het milieu en de gezondheid had men destijds niet. Vier decennia uraniummijnbouw heeft een milieuvervuiling van ongekende omvang veroorzaakt. Met name de enorme afvalbergen springen in het oog. Voor de productie van een ton uranium moest 1100 ton erts gewonnen worden omdat het uraniumgehalte maar laag was. Het erts zat bovendien diep dus moest Wismut per ton uranium gemiddeld 2100 ton overig gesteente weggegraven. De 48 gigantische puinbergen die achteloos naast de mijnen zijn gestort, zijn samen goed voor meer dan 312 miljoen kubieke meter mijnafval.

Na de hereniging van Duitsland werden de mijnen gesloten en werd Wismut door de Duitse overheid omgevormd van een vervuilend mijnbedrijf tot een van de meest geavanceerde saneringsbedrijven ter wereld. Negen jaar en meer dan zes miljard Mark verder is er al veel van de uraniumvervuiling opgeruimd. De mijnen zijn afgesloten en grotendeels vol water gezet (zodat de uitstoot van het radioactieve radongas binnen de perken blijft) en de open mijnen en puinbergen zijn afgedekt. Sinds enige jaren is Schlema zelfs weer in zijn oude glorie als kuuroord hersteld. Gasten kunnen er – net als vóór de Tweede Wereldoorlog – een heilzaam `radonbad' nemen.