Mit magnetischen Eisenoxid-Partikeln lässt sich Glyphosat aus belastetem Wasser entfernen. (Bild: VRD – AdobeStock)
Glyphosat zählt zu den meistgenutzten Herbiziden weltweit – und gleichzeitig zu den meistdiskutierten chemischen Verbindungen: Steht es doch unter Verdacht, eine krebserzeugende Wirkung zu haben. Diverse Klagen in den USA und Diskussionen über Zulassungsbeschränkungen beziehungsweise Verbote nicht nur in Europa zeigen die Brisanz, die sich durch den flächendeckenden und massiven Einsatz ergibt. Staaten wie Frankreich und Österreich haben den Einsatz des Wirkstoffs bereits eingeschränkt oder arbeiten auf ein vollständiges Verbot hin. Das Mittel ist mittlerweile in vielen Lebensmitteln nachweisbar, beispielsweise in Honig oder Bier.
In einer im Fachjournal Nature Sustainability veröffentlichten Studie zeigt ein Forschungsteam der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, wie Glyphosat mit einfachen Mitteln aus Wasser entfernt werden kann. Das Team um Werkstoffwissenschaftler Prof. Marcus Halik vom Interdisziplinären Zentrum für Nanostrukturierte Filme und Physiker Prof. Dirk Zahn vom Computer Chemistry Center sowie das Team von Dr. Leena Banspach vom Bayrischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit nutzen dazu die chemische Struktur von Glyphosat aus.
Dessen Struktur bewirkt eine starke Wechselwirkung mit der Öberfläche von Oxiden wie Eisenoxid, besser bekannt als Rost. Das Herbizid bindet dadurch spezifisch an die Oberfläche von magnetischen Eisenoxidpartikeln. Diese lassen sich dann mit einem Magneten ganz einfach aus dem Wasser entfernen.
Selektive Wechselwirkung
Wie leistungsfähig die damit entwickelte Methode ist, zeigen Untersuchungen im Labor. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelang es bei unterschiedlichen Proben, den strengen Grenzwert für Glyphosat von 0,1 Mikrogramm pro Liter aus der Europäischen Trinkwasserverordnung zu unterschreiten, in vielen Fällen das Glyphosat sogar so weit zu entfernen, dass es nicht mehr nachgewiesen werden konnte. Diesen hohen Wirkungsgrad beobachteten die Forscher nicht nur in ihren Laborexperimenten: Durch Molekular-Dynamik-Simulationen in der Gruppe von Prof. Dirk Zahn konnten sie die Vorgänge auch in der Theorie nachvollziehen. Die Simulationen zeigten, wie Glyphosat gegenüber anderen im Wasser gelösten Stoffen besonders gut an die Eisenoxidpartikel gebunden wird.
Darüber hinaus beschränkte sich das Team nicht auf Untersuchungen im Labor: Anhand von Wasserproben aus dem Dechsendorfer Weiher bei Erlangen, in denen neben geringen Konzentrationen an Glyphosat (~0,6 Mikrogramm/Liter) noch weitere organische Kontaminationen nachweisbar waren, konnten die Forscher diese vorhergesagte Selektivität auch experimentell bestätigen. Nach der Behandlung der Wasserproben mit den Eisenoxidpartikeln und deren magnetischer Entfernung hatte das Wasser aus dem Weiher Trinkwasserqualität – zumindest bezogen auf Glyphosat.
Die magnetischen Partikel können mehrfach verwendet werden, was in Kombination mit dem niedrigen Preis der Eisenoxidpartikel die Grundlage für ein ökologisch nachhaltiges und ökonomisch sinnvolles Verfahren darstellt. Ziel ist dabei nicht der flächendeckende Einsatz von Eisenoxidpartikeln, sondern, ein Toolkit zu entwickeln, welches schnell und preiswert lokale Extremkonzentrationen beseitigen kann. Noch werden jedes Jahr 700.000 Tonnen Glyphosat hergestellt, transportiert, gelagert und eingesetzt – was bei unsachgemäßer Handhabung ein beträchtliches Risikopotential darstellt.
Die Arbeiten wurden durch den Exzellenzcluster EAM (Engineering of Advanced Materials) aus der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder und durch die Graduate School Molecular Science (GSMS) an der FAU unterstützt.[ak]
