Schadstoffaufnahme bei Hanf – was aus belastetem Boden in die Pflanze gelangt

Wer auf einer Altlastfläche anbaut, hat zwei Fragen: was die Pflanze aus dem Boden holt, und wo dieser Stoff am Ende sitzt. Beides ist gemessen, allerdings dünner, als die populäre Erzählung vom bodenreinigenden Hanf vermuten lässt. Der Belegkern ist ein einziger begutachteter Feldversuch zu PFAS, dazu kommen Gefäßversuche einer deutschen Fachbehörde und ältere Arbeiten zu Schwermetallen. Was daraus für den Anbau folgt, betrifft den Aufnahmepfad, die Verteilung in der Pflanze und den Verbleib in der Ernte.

Warum der Boden der schwierige Fall ist

PFAS sind eine Stoffklasse mit außergewöhnlich stabilen Bindungen zwischen Kohlenstoff und Fluor, seit den 1940er Jahren im Einsatz, unter anderem in schmutz- und wasserabweisenden Beschichtungen und in Löschschäumen. Die Internationale Agentur für Krebsforschung stufte im November 2023 PFOA als krebserzeugend für den Menschen ein und PFOS als möglicherweise krebserzeugend. Für Wasser existieren mehrere Entfernungsverfahren. Für Boden ist der Regelfall bis heute der Austausch: abtragen, abfahren, deponieren.

Genau hier setzt die Idee der Phytoextraktion an, also der Entzug über die Pflanze und ihre Ernte. Die typischen Fälle sind Militär- und Feuerwehr-Übungsflächen, auf denen über Jahrzehnte fluorhaltige Löschschäume versprüht wurden. Hanf gilt dabei als naheliegende Kultur, weil er einjährig ist, schnell wächst, viel Wasser aufnimmt, kaum verbissen wird und wenig Blattmasse in den Boden zurückgibt.

Was der Feldversuch in Maine gemessen hat

Der bislang einzige begutachtete Feldversuch lief 2022 auf dem früheren Brandübungsgelände einer stillgelegten Militärbasis in Nordmaine, auf fünf Parzellen von je 1,2 × 6 m und mit vier Hanfsorten. Nur eine davon wuchs normal heran und erreichte 1,2 m; die anderen drei blieben wegen der Photoperiodik bei etwa 0,3 m. Hauptschadstoff war in allen Bodenproben PFOS, mit rund 107 ng je Gramm nahe dem Entwässerungsbereich und rund 7,5 ng je Gramm auf dem Wall.

Die Bilanz einer Vegetationsperiode: etwa 1,4 mg oberirdisch entzogene PFAS-Masse insgesamt, davon rund 85 % in den Blättern. Flächenbezogen entzog die gut gewachsene Sorte 0,21 mg je Quadratmeter im hoch belasteten Teil und 0,09 mg je Quadratmeter im gering belasteten, was etwa 0,2 beziehungsweise 2,0 % des dort im durchwurzelten Bereich vorhandenen PFAS entspricht. Der Höchstwert von 2 % stammt also aus der gering belasteten Teilfläche und nicht aus dem Schadenszentrum. Zwischen Frühjahrs- und Herbstbeprobung fand der Versuch keinen statistisch gesicherten Rückgang der Bodengehalte, alle Paarvergleiche lagen bei p größer oder gleich 0,05. Ein messbarer Rückgang der Bodenbelastung ist an diesem Standort damit nicht belegt.

Zwei Einschränkungen gehören zu diesen Zahlen: beprobt wurden nur die oberen 15 cm des Bodens, und einer der Autoren ist mit dem Lieferanten eines Teils des Saatguts verbunden, was die Arbeit als Interessenkonflikt ausweist.

Kettenlänge und Säuretyp entscheiden, nicht die Pflanzenart

Der Bioakkumulationsfaktor sank im Feldversuch mit zunehmender Kettenlänge. Carbonsäuren reicherten sich bei gleicher Kohlenstoffzahl stärker an als Sulfonsäuren, im Feldversuch ebenso wie im Gewächshausvergleich, dort um das 0,4- bis 360fache. Kurzkettige Verbindungen gehen bevorzugt in oberirdische Gewebe, langkettige wie PFOS kaum: sie bleiben überwiegend in der Wurzel. Auf 56 % der gesamten entzogenen Masse kam eine einzige kurzkettige Verbindung, die Perfluorpentansäure.

Für den Anbau heißt das, dass die Struktur des Moleküls den Ausschlag gibt und nicht die Wahl der Kultur. Die Wurzeln selbst wurden nicht analysiert, weil sie bei einer Hanfernte ohnehin im Boden bleiben; da sie tiefer reichen als die beprobten 15 cm, ist auch offen, aus welcher Tiefe der aufgenommene Anteil stammt. Ob die Bepflanzung PFAS zusätzlich festlegt, also als Phytostabilisierung wirkt statt als Entzug, ist für Hanf nicht eigens untersucht. Immerhin sanken vier von sieben nur vorläufig bestimmten Verbindungen in der Hanfparzelle um mehr als 20 % und in der unbepflanzten Kontrolle nicht; die Autoren vermuten dahinter mikrobiellen Abbau von Vorläuferverbindungen in der Rhizosphäre, konnten das bei zwei Wiederholungen aber nicht statistisch prüfen.

Wohin die Stoffe in der Pflanze gehen

Das Blatt ist die belastete Fraktion. Bei Schwermetallen fand ein deutscher Feldversuch die höchsten Gehalte aller geprüften Metalle ebenfalls im Blatt, mit Nickel vor Blei vor Cadmium, und hielt die Verwendung des Materials als handelsfähigen Rohstoff deshalb für begrenzt. Der Stängel trägt weniger, weshalb eine Faserverwertung denkbar erscheint; wie sich PFAS bei der industriellen Faseraufbereitung verhalten, ist nicht untersucht. Ein Gewächshausversuch fand über 45 % der aufgenommenen Fracht im Pollen, bei einem Bioakkumulationsfaktor von über 20,8 an dieser Stelle. Für das Freiland liegt dazu keine Messung vor, und die Übertragung auf reale Bestände bleibt offen.

Entscheidend für jede Sanierungsrechnung ist der letzte Schritt. Pflanzen und die mit ihnen vergesellschafteten Bakterien spalten die Bindung zwischen Kohlenstoff und Fluor in der Regel nicht: was aufgenommen wird, ist verlagert, nicht zerstört. Die hydrothermale Verflüssigung bei 300 °C über zwei Stunden zerlegte die Perfluorcarbonsäuren der Ernte weitgehend. Bei den Sulfonsäuren blieb der Abbau begrenzt, und die PFOS-Masse im Produkt stieg sogar an, was die Autoren auf die Umwandlung von Vorläuferverbindungen zurückführen. Dieselbe Schwierigkeit zeigt sich an der Verwertungsseite in Deutschland: in der Biogasanlage werden aufgenommene PFAS nicht abgebaut, sie verbleiben im Gärrest.

Was die deutsche Lage für den Anbau bedeutet

Die Gefäß- und Freilandversuche des Landwirtschaftlichen Technologiezentrums Augustenberg zeigen, dass in oberirdische Pflanzenteile fast ausschließlich kurzkettige PFAS übergehen, und dass Kulturpflanzen sie je nach Art auch in Blüte, Samen und Frucht anreichern. Damit ist der Anbau auf belasteten Flächen eine Frage des Ernteguts und nicht nur des Bodens. Schon geringste Gehalte im Beregnungswasser führen bei empfindlichen Kulturen zu einem Transfer in die essbaren Teile: belastetes Gießwasser steht als eigener Eintragspfad neben dem Boden. In Mittelbaden und Mannheim gelten rund 1700 Hektar Ackerland als verunreinigt, verursacht durch mit Papierschlämmen versetzten Kompost; weil dort vor allem langkettige Verbindungen vorliegen, hält die Fachbehörde eine pflanzliche Sanierung für stark eingeschränkt. Exakte Vorhersagen der Aufnahme sind nach ihrer eigenen Einschätzung selbst bei bekannten Bodengehalten kaum möglich.

Rechtlich fehlt der Maßstab. Die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung enthält seit dem 1. August 2023 Prüfwerte für sieben PFAS-Einzelsubstanzen, allerdings nur für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser. Für den Pfad Boden-Nutzpflanze gibt es keine, weil die Datengrundlage für den Transferfaktor als nicht ausreichend gilt. Ein Sanierungsziel für PFAS im Bodenfeststoff ist damit nicht normiert. Dazu kommt die Anbauseite: Nutzhanf ist in Deutschland an zertifiziertes Saatgut, Meldepflichten gegenüber der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung sowie amtliche Kontrollen gebunden, was auch einen Sanierungsanbau zu einem anmeldepflichtigen Vorgang macht.

Quellen