Für die Reinigung schwermetallbelasteter Böden werden meist kostenintensive und aufwendige Sanierungsmethoden herangezogen. Hierunter fallen z.B.

• Entsorgung (Deponierung belasteten Bodens)
• Thermische Behandlung (Pyrolyse)
• Thermische Behandlung (Verbrennung)
• Klassierende Bodenwäsche (+ Extraktion mit Reinigungsmitteln)
• Elektrokinetik
• Chemische Reduktion/Oxidation

Aufgrund der meist hohen Kosten und des hohen verfahrens- und anlagetechnischen Aufwandes sind diese Verfahren nur für hohe Kontaminationen und auf kleinem Raum realisierbar.

Die Sanierung von kontaminierten Flächen, mittels geeigneter Pflanzen, wird Phytoremediation genannt. Abhängig von der individuellen Art der Schadstoffe im Boden finden verschiedene Prozesse bei der Phytoremediation Anwendung. Für Anorganische Schadstoffe spielen hauptsächlich die Prozesse der Phytoextraktion und der Phytostabilisierung eine Rolle. Der Prozess der Phytoextraktion beinhaltet die Aufnahme und Speicherung von (Schwer-)Metallen in den Pflanzenwurzeln und der Transport dieser in die Biomasse (Meuser, 2010). Bei dem Prozess der Phytostabilisierung findet dagegen die Immobilisierung der Metalle in der organischen Bodensubstanz statt. Das hat zur Folge, dass der Schwermetalltransport tiefer in den Boden hinein verringert und die mechanische und geochemische Verwitterung reduziert wird (Meuser, 2010; Jablonski, 2014). Für Organische Schadstoffe finden die Prozesse der Phytodegradation und Phytovolatilisierung Anwendung. Der Prozess der Phytodegradation umfasst eine chemische Umwandlung von organischen Schadstoffen in weniger schädliche Substanzen, bis hin zur Inaktivierung der schädlichen Wirkung. Diese Umwandlung läuft in der Pflanze direkt oder durch das Stimulieren von Mikroorganismen an ihren Wurzeln ab (auch Phytostimulation genannt) (Meuser, 2010). Die Phytovolatilisation beschreibt den Prozess der Aufnahme von leicht flüchtigen organischen Schadstoffen (bspw. LCKW) über die Wurzeln, einer biochemischen Umwandlung dieser in einen gasförmigen Zustand und dem Transpirieren der Stoffe über die Blätter in die Atmosphäre (Meuser 2010).

Abbildung 1: Graphische Darstellung der Phytoremediation: [modifiziert nach Favas et al. (2013) und progressive-agrarwende.org]

Pflanzen akkumulieren verfügbare Schadstoffe über die Wurzeln unterschiedlich gut und reichern sie in ihrem Gewebe an. Für die Phytoextraktion unterscheidet man zwischen so genannten Hyperakkumulatoren und Akkumulatoren. Hyperakkumulatoren wachsen selbst in Böden mit hoher Schwermetallinitialkonzentration, absorbieren verstärkt (Phyto-)toxische Substanzen über die Wurzeln und transportieren diese effizienter in die oberirdische Biomasse als Akkumulatoren. Jedoch handelt es sich bei Hyperakkumulatoren meist um metall-selektive Kräuter, Gräser oder Farne mit geringer Biomasseproduktion, (Rascio & Navari- Izzo, 2011; Baker & Brooks, 1989, Meuser, 2010).

Bei Akkumulatoren handelt es sich um Pflanzen mit nur geringer bis mittlerer Schwermetallabsorptionsrate, jedoch zeichnen sich die meisten Akkumulatoren durch hohe Biomassenproduktion, wie zum Beispiel in der Landwirtschaft und im Gartenbau eingesetzte Kulturpflanzen oder Baumarten, aus. Somit ist ein entscheidender Vorteil von Akkumulatoren die höhere Netto-Extraktion von Schwermetallen bei gleichzeitig höherer Biomasseproduktion (Rascio & Navari- Izzo, 2011, Meuser; 2010). Land- und forstwirtschaftliche Praktiken wie der Pflanzenbau und der Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmittel sind für Akkumulatoren bereits sehr gut etabliert. Ebenso ist die Weiterverwertung (z.B. thermische Verwertung) durch die bedeutend höhere Biomasse der Akkumulatoren zeit- und kosteneffizienter. Der Anbau von Kulturpflanzen ermöglicht nicht nur die Gewinnung von Energie durch die thermische Verwertung. Ölpflanzen, Getreide, Kartoffeln oder Rüben können zusätzlich zu Bioschmierstoff, Bioethanol oder Biogas verarbeitet werden. Bei diesen Prozessen verbleiben die Schwermetalle weiterhin in der Biomasse gebunden und finden sich nicht im Endprodukt wieder (Van Ginneken et al., 2007; Jablonski 2014).

Gewisse Einschränkungen der Phytoremediation sind jedoch zu beachten. Nur bestimmtes Pflanzgut ist für die Methode geeignet, da nicht jede Pflanze die Eigenschaft, Schadstoffe zu akkumulieren, besitzt. Liegt eine zu hohe Initialkonzentration der Belastung vor, können selbst phytotoxisch resistente Pflanze nicht überleben, somit ist Phytoremediation nicht durchführbar. Phytoremediation basiert auf dem Entzug von Schadstoffen durch Pflanzenwachstum. Zum einen, müssen die Schadstoffe im Boden für die Pflanzen verfügbar vorliegen. Zum anderen sind Erfolge erst nach zwei bis drei Vegetationsperioden messbar. Abhängig von der Schadstoffaufnahme kann bei Phytoextraktion eine Entsorgung der Biomasse nach Abfallbeseitigungsgesetz notwendig sein.

Phytoremediation als in-situ-Anwendung hat im Vergleich zu den oben genannten Sanierungsmethoden einen geringen technischen Aufwand und ist somit kostenextensiv, energiesparend und emissionsfrei. Ferner ist die Methode bodenschützend und erhält die natürlichen Bodenfunktionen, welche bei anderen Sanierungsmethoden verloren gehen. Die Biodiversität auf den Flächen wird durch den ständigen Bewuchs weiter gefördert und etwaige Brachzeiten vermieden (Arthur et al. 2005; Gosh et al. 2005). Durch den ständigen oberflächlichen Bewuchs lassen sich auch Probleme wie Sickerwasser im Vergleich zu brachliegenden Flächen gut steuern. Über den natürlichen Biomasseaufbau kommt es zu einer Bindung von CO2 und Unterbindung weiterer Emissionen, wie es bei anderen Sanierungsverfahren üblich ist.

Phytoremediation bietet die Möglichkeit die Wertigkeit der Fläche umwelt- und naturschonend zu steigern, gleichermaßen Mehrwerte für Natur und Mensch zu schaffen, eine spätere Nachnutzung zu erleichtern oder die Fläche dauerhaft zu renaturieren.