Aan het begin van de Arte-documentaire Superplants beent botanicus Antony van der Ent met grote passen door het bos van Nieuw-Caledonië. Hij houdt halt bij een boom van de soort Pycnandra acuminata, geeft de bast een paar geruststellende klopjes en steekt dan resoluut zijn zakmes in de schors. Prompt wellen dikke blauwgroene druppels melksap op uit de wond. Die kleur, legt Van der Ent uit, komt doordat het sap nikkel bevat. En niet zo’n beetje ook: ruim 25 procent ervan is puur nikkel, een element dat voor de meeste dieren en planten in dergelijke concentraties fataal zou moeten zijn. „Eigenlijk zou deze plant niet moeten kunnen bestaan”, zegt hij.
En toch is Pycnandra acuminata maar een van de honderden, zo niet duizenden ‘hyperaccumulerende’ planten op aarde. Noem een metaal en er is wel een plant die het in zijn weefsels kan opslaan. De Afrikaanse Haumaniastrum robertii bijvoorbeeld, een plant die lijkt op lavendel, neemt onwaarschijnlijke hoeveelheden kobalt en koper op. De westerse karmozijnbes, Phytolacca americana, die ook in Nederland groeit, accumuleert op mangaanhoudende grond wel 30 gram mangaan per kilo bladmateriaal; en in Zuid-Limburg groeit de zinkboerenkers (Noccaea caerulescens) die zink put uit het zinkhoudende sediment in de uiterwaarden van de Geul. Zo zijn er ook planten die arsenicum, cadmium, selenium of thallium opslaan. Niet dat we ze allemaal al kennen, trouwens. Van der Ent gebruikt een draagbaar XRF-apparaat (X-ray Fluorescence) om in herbariumcollecties hyperaccumulerende planten op te sporen en heeft zo alleen al in de laatste vijf jaar het aantal bekende soorten verdubbeld.
De planten hebben zelf geen last van deze giftige metalen. De meeste hyperaccumulatoren transporteren ze met speciale eiwitten en slaan ze vervolgens veilig op in vacuolen, kleine blaasjes in het binnenste van een plantencel, waar de metalen niet interfereren met het normale reilen en zeilen van de cel.
Maar voor een dier dat zo’n plant probeert te eten zijn de metalen allesbehalve ongevaarlijk: bij consumptie breken de vacuolen en komen de (ook voor dieren) giftige concentraties zware metalen vrij. Van der Ent: „Je hoeft het blad van Pycnandra acuminata maar aan te raken en het gifgroene latex spuit er al uit, dus je kunt je voorstellen dat een insect dat eraan knabbelt meteen nikkel in zijn gezicht krijgt.”
Insecten vallen letterlijk uit de lucht voor ze bij de plant komen
De meeste botanici denken dan ook dat hyperaccumulatie is geëvolueerd als strategie om planteneters op een afstand te houden – soms zelfs letterlijk. In zijn kas aan de Wageningen Universiteit kweekt Van der Ent Astragalus bisulcatus, een soort peul. Die groeit in Colorado op seleniumhoudende grond: kalksteen uit het Krijt gevormd door organismen in de ondiepe tropische zee die toentertijd selenium accumuleerden. En hoewel de seleniumconcentratie in de grond laag is weet de plant het te vinden: de wortels groeien naar plekjes in de bodem met de hoogste seleniumconcentraties. De plant stopt het selenium vervolgens niet in vacuolen maar maakt er gasvormig dimethyl diselenide van (C2H6Se2), dat het uitademt via de bladmondjes. Als je de kas binnenwandelt ruik je de rotte-eierenlucht van dit gifgas al. Van der Ent: „Hij creëert een death zone om zich heen; insecten vallen letterlijk uit de lucht voor ze bij de plant komen.”
Toch zijn er onder plantenetende insecten ook weer soorten ontstaan die het metalen pantser van hyperaccumulerende planten hebben weten te doorbreken. Zo zijn er wantsen en kevers die probleemloos van nikkel-hyperaccumulatoren snoepen, zelf ook de nikkel weer opslaan en zo weer afweer hebben gekregen tegen hun eigen natuurlijke vijanden. Maar hoe fascinerend de evolutie en ecologie van die ketens van hyperaccumulatie ook mogen zijn, dit is niet de belangrijkste reden voor de sterk groeiende interesse in deze planten.
Zwavelzuur
Elon Musk zei vorig jaar dat lithium-batterijen beter nikkelbatterijen genoemd konden worden, omdat ze voor meer dan 80 procent uit nikkel bestaan. Voor de energietransitie in de komende tien jaar zijn dan ook ongeëvenaarde hoeveelheden nikkel nodig: meer dan de mensheid ooit eerder heeft geproduceerd. Geen wonder dat toen in Nieuw-Caledonië onlangs onlusten uitbraken de nikkelprijs op de wereldmarkt met 10 procent omhoogschoot. Veel landen met grote nikkelvoorraden zijn hun nikkelproductie aan het opvoeren. Indonesië bijvoorbeeld, heeft zichzelf opgeworpen als hofleverancier van nikkel voor Musks bedrijf Tesla.
Lees ook
Macron wil een stabiel Nieuw-Caledonië om macht in Indo-Pacific te bestendigen
Maar de prijs die daarvoor wordt betaald is hoog. Acht jaar geleden deed Van der Ent nog onderzoek op het Indonesische eiland Halmahera, „ongelofelijk mooi regenwoud”. Hij ontdekte daar heel veel nieuwe hyperaccumulerende planten- en boomsoorten. Maar: „Als je nu op Google Earth kijkt hebben ze duizenden hectaren gekapt, en er staan grote nikkelsmelterijen. Zo snel gaat het. En in Sulawesi gebeurt hetzelfde.”
Bovendien is nikkelproductie – althans voor de hoge zuiverheid die voor batterijen nodig is – vervuilend en vreet het energie. De afgegraven grond wordt vermengd met zwavelzuur en onder hoge druk verhit tot 250 graden; dat gaat gepaard met een koolstofuitstoot van 33 tot 99 ton per ton nikkel, weet Van der Ent; en de opbrengst is grotendeels afval en 1 tot 2 procent nikkel.
Vandaar dus dat ‘fytomijnbouw’ – het verbouwen, oogsten en vermalen van hyperaccumulerende planten om er in ovens het metaal uit te smelten – steeds meer in de belangstelling komt te staan; zeker nu het Amerikaanse Departement van Energie Phytomines heeft gestart, een financieringsinstrument van – voorlopig – tien miljoen dollar voor onderzoek aan fytomijnbouw voor nikkel. Het is even omschakelen, maar in veel opzichten heeft fytomijnbouw (voor nikkel, maar ook andere metalen) grote voordelen boven traditionele mijnbouw. Op de meeste metaalhoudende bodems kun je decennialang fytomijnbouw plegen voordat de bodem uitgeput raakt. En nog afgezien van de verwaarloosbare vervuiling en uitstoot verrijkt fytomijnbouw de bodem en trekt het er de toxische metalen uit, zodat het terrein na afloop geschikt is gemaakt voor reguliere landbouw.
Maar het nadeel is dat de opbrengst per jaar veel lager is dan bij conventionele dagbouw: die graaft een laag grond in een of enkele jaren helemaal af, terwijl gewassen al gauw tientallen jaren nodig hebben om alle metaal uit die bodem te trekken. Van der Ent: „Het is een numbers game.” Hij ziet fytomijnbouw dan ook vooral als complementair. Om te beginnen kan het ingezet worden nadat dagbouw is beëindigd. Dit komt doordat mijnbouwbedrijven meestal slechts de bovenste meters nikkelhoudende grond afgraven, omdat daar de magnesium is uitgespoeld; magnesium verstoort namelijk de chemische extractie van nikkel. Maar op de diepere lagen die naderhand bloot komen te liggen en waar voor de traditionele mijnbouw dus te veel magnesium in zit, vallen hyperaccumulerende planten nog prima te telen. Bovendien wordt de bodem zo gerehabiliteerd – in de meeste landen een vereiste nadat mijnbouw is beëindigd.
Foto’s: Antony van der Ent, Wageningen University, Netherlands & The University of Queensland, Australia
Proefaanplant
Fytomijnbouw kan ook interessant zijn in gebieden die niet geschikt zijn voor dagbouw; vanwege te lage nikkelconcentraties of omdat het gebied te dicht bevolkt is. In Maleisisch Borneo heeft Botanickel, een joint venture van staalbedrijf Aperam en het door Van der Ent mede-opgerichte bedrijf Econick een proefaanplant met het boompje Phyllanthus rufuschaneyi. Daarover zegt hij dat het een „miraculeuze” plantensoort is, met een hoge opbrengst; „de beste in de wereld voor fytomijnbouw”.
Van der Ent ontdekte P. rufuschaneyi als één aangeplant exemplaar bij een kantoortje van het nationale park, maar kon de herkomst niet achterhalen. Hij loofde onder de parkwachters een almaar hoger premiebedrag uit aan wie de oorspronkelijke groeiplaats kon vinden. Uiteindelijk ontdekte zijn collega Sukaibin Sumail een kleine populatie van de plant op een bergtop in de buurt. Samen met collega’s van onder andere Naturalis en de Leidse Hortus werd de soort enkele jaren geleden wetenschappelijk beschreven en vernoemd naar Rufus Chaney, een van de grondleggers van de hyperaccumulatoren-botanie. Op hun proefaanplant, zegt Van der Ent, groeien er nu meer exemplaren van dan in het wild.
En in Griekenland is Botanickel betrokken bij een groot project om schildzaad (Alyssum) te telen op zogenoemde ultramafische grond, waar eigenlijk geen enkel ander gewas wil groeien. In die gebieden wordt nu met hangen en wurgen wat graan verbouwd vanwege de Europese subsidies die erop zitten. Maar het nikkel-hyperaccumulerende schildzaad groeit er volop. „Dat groeit als een totaal onkruid op de akkers. Als je daar met de boeren praat over het telen ervan dan verklaren ze je voor gek: ze proberen dat onkruid al dertig jaar uit te roeien.”
Toch moeten we de praktische belemmeringen niet onderschatten, denkt botanicus Tomica Misljenovic van de Universiteit van Belgrado, die onderzoek doet naar hyperaccumulerende planten op ultramafische bodems in de Balkan. Zo moet vooralsnog gewerkt worden met wilde planten en daarbij is de variabiliteit in biomassa en metaalconcentratie hoog – soms zelfs binnen dezelfde populatie. Eigenlijk zou er eerst veredeling en domesticatie moeten plaatsvinden om betrouwbaar teeltmateriaal te verkrijgen, een proces dat lang kan duren. Ook is het vinden van geschikt terrein een serieus probleem in de Balkan, zegt hij. „Veel ultramafische bodems liggen op steile hellingen in afgelegen gebieden.”
Van der Ent ziet niettemin het vakgebied alleen nog maar groeien, vanwege de vele nog onontdekte vormen van hyperaccumulatie. Zeldzame aardmetalen voor windturbines, kobalt voor batterijen… de mogelijkheden zijn voorlopig nog niet uitgeput, zegt hij.
