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Sachsen erforschen Bakterien, die Atommüll fressen

Dresdner Forscher entdecken echte Winzlinge, die gegen hoch Radioaktives helfen. Eine Erkenntnis mit weitreichenden Folgen.

Sehen aus wie Süßigkeiten, sind aber wirkungsvolle Mittel gegen hoch Radioaktives: Haloarchaeen, winzige Organismen in den Salzstöcken.
Sehen aus wie Süßigkeiten, sind aber wirkungsvolle Mittel gegen hoch Radioaktives: Haloarchaeen, winzige Organismen in den Salzstöcken. © HZDR/Juniks

Das Ergebnis der Suche wird nicht alle freuen. Doch irgendwo in Deutschland muss es eingerichtet werden: das Endlager für den deutschen Atommüll. Spätestens 2031 soll feststehen, wo genau der radioaktive Müll tief unter der Erde eingelagert wird. Verschiedene Standorte werden derzeit geprüft und diskutiert. 

Noch ist unklar, welches Gestein dafür am besten geeignet ist: Granit, Ton oder Salz? Zumindest für letztere Variante haben Dresdner Forscher nun etwas Wichtiges herausgefunden. Kleinste Organismen könnten dafür sorgen, dass das Uran bei einem Eindringen von Wasser ins Endlager unschädlich gemacht wird.

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Haloarchaeen heißen die Winzlinge. Diese Mikroorganismen gab es schon in der Urzeit und heute kommen sie in Salzlagerstätten auf der ganzen Welt vor. Ihre besondere Fähigkeit: Auch extrem hohe Salzkonzentrationen in ihrem Umfeld tolerieren sie. Wenn sie mit gelösten Schwermetall-Ionen in Kontakt kommen, setzen sie nämlich Phosphat-Ionen frei. Das fanden Miriam Bader und Andrea Cherkouk vom Institut für Ressourcenökologie des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf heraus. 

„Die für die Mikroben eigentlich giftigen Schwermetall-Ionen werden dadurch binnen Minuten fest an die Phosphat-Ionen gebunden“, erklärt Miriam Bader. Diese so gebildeten Phosphat-Minerale sind für die Mikroben danach nicht mehr gefährlich. Die Chemikerin konnte zeigen, dass dieser Schutzmechanismus sogar bei hoch radioaktiven Substanzen funktioniert. Ein wichtiger Punkt in der Endlager-Diskussion.

Salzstöcke zählen zu den geologischen Formationen, die als potenzielle Endlagerstätten für hoch radioaktiven Abfall untersucht werden. In Deutschland gehen diese Salzlagerstätten auf das Zechstein-Meer zurück, das sich vor über 240 Millionen Jahren im heutigen Mitteleuropa ausdehnte. „Seit über 30 Millionen Jahren sind die Salzstöcke stabil und haben selbst mehrere Eiszeiten unbeschadet überstanden“, sagt Thorsten Stumpf, Direktor des Instituts für Ressourcenökologie. Ein Wassereinbruch sei daher auch für die nächsten Jahrmillionen extrem unwahrscheinlich.

In der von Andrea Cherkouk geleiteten Gruppe „MicroSalt“ erforschte Miriam Bader während ihrer Promotion geobiochemische Prozesse, die in einem potenziellen Endlager im Wirtsgestein Salz ablaufen könnten. Für die jetzt veröffentlichten Studien brachte sie Haloarchaeen mit hoch radioaktiven Schwermetallen in Kontakt, die typischerweise in ausgebrannten Kernbrennstäben enthalten sind. „Vereinfacht gesagt, haben wir ein Worst-case-Szenario mit einem Wassereinbruch in einem Salzstock simuliert“, beschreibt Miriam Bader. In einer solchen Situation würden sich geringe Mengen radioaktiver Substanzen in der Sole lösen. „Dabei müssen wir klären, ob und wie sie sich verändern“, erläutert die Geoökologin Andrea Cherkouk.

Davon hänge auch ab, wohin und wie weit die Substanzen im Wirtsgestein verlagert werden und ob sie mit dem Sickerwasser in die Umgebung gelangen. Im Fokus standen Uran – der Hauptbestandteil abgebrannter Kernbrennstäbe – und Curium. Letzteres folgt im Periodensystem auf Uran, Neptunium, Plutonium und Americium. Die auf Uran folgenden Elemente, die sogenannten Trans-Urane, sind für die hohe Radiotoxizität des Abfalls über lange Zeiträume verantwortlich und daher ein wichtiger Fokus für die Endlagerforschung am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

„Die Haloarchaeen bilden ein natürliches Wachpersonal für nukleare Abfälle“, sagt Andrea Cherkouk. So können sie recht wirkungsvoll verhindern, dass Uran und andere hoch radioaktive Schwermetalle bei einem Wassereinbruch vom Endlager in die Umwelt gelangen. Ähnlich wie Bakterien sind die Mikroben zwar fast überall auf der Erde zu finden. An extremen Orten jedoch, in heißen Quellen der Tiefsee, in Eisschichten oder eben in Salzstöcken, erweisen sie sich als wahre Überlebenskünstler. 

Hier sind sie die vorherrschende Lebensform. Ihre Abwehrsrategie gegen Metalle ist ebenso simpel wie effektiv: Phosphat-Ionen binden sich fest an nahezu alle Arten von Schwermetallen und machen sie damit aus Sicht der Mikroben unschädlich. Zugleich sind Archaeen gegenüber ionisierender Strahlung unempfindlicher als höhere Lebewesen. (jam)

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