Mikroorganismen filtern Uran aus Grundwasser

«Der Einfluss von Mikroorganismen auf die Sicherheit von Endlagern für radioaktive Stoffe ist bislang noch nicht ausreichend erforscht», beschreibt Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch vom Institut für Ressourcenökologie am HZDR den Stand der Wissenschaft. Es sei jedoch bekannt, dass gewisse Bakterien die Korrosion von Kanistern mit den abgebrannten Brennelementen beschleunigen können, so die Forscherin weiter. Eine spezielle Rolle spielen dort Biofilme – Schleimschichten, in denen Mikroorganismen wie Bakterien, Algen oder Pilze miteinander verbunden sind. Wie ein natürlicher Schwamm sind sie dann in der Lage, gelöste Schwermetalle, zu denen auch das Element Uran zählt, aufzufangen.

«Diese mikrobiellen Lebensgemeinschaften bilden sich entlang von Klüften im Gestein», erläuterte Krawczyk-Bärsch. Die Geochemikerin überraschte es deswegen kaum, solche Biofilme auch im finnischen Onkalo-Tunnel, der voraussichtlich ab dem Jahr 2022 als Endlager für hochradioaktiven Abfall dienen soll, zu entdecken. Denn durch den dortigen Gneis ziehen sich zahlreiche Spalten, durch die Grundwasser sickert, das Mikroorganismen enthält. Diese setzen sich zum Teil an den Gesteinswänden fest und bilden dort die Biofilme. Die Forscherin wollte mit der Untersuchung der Schleimschichten prüfen, ob diese unter den gegebenen Umständen das gelöste Uran binden können.

Krawczyk-Bärsch simulierte deswegen gemeinsam mit Kollegen in einem Experiment den Fall eines leckenden Kanisters, aus dem Uran austritt. Dafür setzten sie eine Biofilm-Probe aus dem Tunnel in eine Flusszelle ein. Über diese liessen die Wissenschafter anschliessend in einem geschlossenen Kreislauf Wasser, das sie ebenfalls aus der finnischen Tiefe mitgebracht und im Labor mit dem radioaktiven Stoff versetzt hatten, laufen. «So konnten wir die Bedingungen vor Ort nachahmen», beschrieb Krawczyk-Bärsch den Aufbau des Experiments. «Bereits nach 42 Stunden haben wir festgestellt, dass sich die Menge des radioaktiven Stoffes im Grundwasser verringert hat. Das lässt darauf schliessen, dass das gelöste Uran immobilisiert wurde.»

Wie die Untersuchung zeigte, formten sich im Zellplasma einiger Bakterien nadelähnliche Kristalle, die Uran enthielten. Spektroskopische Verfahren bestätigten, dass es sich um ein Uranyl-Phosphat-Mineral handelt. Ob sich auf dieser Grundlage vielleicht eine Sanierungstechnologie aufbauen lasse, kann Krawczyk-Bärsch allerdings noch nicht sagen: «Theoretisch könnte es ein Ansatz sein, um urankontaminierte Gebiete zu säubern. Das ist dann aber eher eine technische Fragestellung. Uns geht es jedoch erst einmal darum herauszufinden, wie Mikroorganismen die Sicherheit von potenziellen Endlagern beeinflussen.» Wie die Studie der Rossendorfer Forschenden zeigt, können die kleinen Lebewesen eine entscheidende Rolle spielen.