Eine Frage der Anziehungskraft

Das FAU-Team um Werkstoffwissenschaftler Prof. Marcus Halik vom Interdisziplinären Zentrum für Nanostrukturierte Filme (IZNF) und Physiker Prof. Dirk Zahn vom Computer Chemistry Center (CCC) sowie das Team von Dr. Leena Banspach vom Bayrischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL) nutzen die chemische Struktur von Glyphosat, die eine starke Wechselwirkung zu oxidischen Oberflächen aufweist, um das Herbizid an magnetische Eisenoxidpartikel zu binden. Die Partikel können dann mithilfe eines Magneten aus dem Wasser gefiltert werden.

Wie leistungsfähig ihre Methode ist, zeigen Untersuchungen im Labor. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelang es bei unterschiedlichsten Proben, den strengen Grenzwert für Glyphosat von 0,1 Mikrogramm/Liter aus der Europäischen Trinkwasserverordnung zu unterschreiten, in vielen Fällen das Glyphosat sogar so weit zu entfernen, dass es nicht mehr nachgewiesen werden konnte.

Der hohe Wirkungsgrad konnte nicht nur experimentell beobachtet werden. Durch Molekular-Dynamik-Simulationen in der Gruppe von Prof. Dirk Zahn konnte das Team ihn auch in der Theorie nachvollziehen: Glyphosat wird gegenüber anderen im Wasser gelösten Stoffen besonders gut an die Eisenoxidpartikel gebunden.

Anhand von Wasserproben aus dem Dechsendorfer Weiher, in denen neben geringen Konzentrationen an Glyphosat (~ 0,6 Mikrogramm/Liter) noch weitere organische Kontaminationen, wie beispielsweise das Herbizid Diuron oder das Fungizid Fluopyram, nachgewiesen werden konnten, lies sich diese vorhergesagte Selektivität auch experimentell bestätigen. Nach der Behandlung der Wasserproben mit den Eisenoxidpartikeln und deren magnetischer Entfernung hatte das „Dechsi-Wasser“ Trinkwasserqualität – zumindest bezogen auf Glyphosat.

Die magnetischen Partikel können mehrfach verwendet werden, was in Kombination mit dem niedrigen Preis der Eisenoxidpartikel die Grundlage für ein ökologisch nachhaltiges und ökonomisch sinnvolles Verfahren darstellt.

Ziel ist dabei nicht der flächendeckende Einsatz von Eisenoxidpartikeln, sondern, ein Toolkit zu entwickeln, welches schnell und preiswert lokale Extremkonzentrationen beseitigen kann.

Noch werden jedes Jahr 700.000 Tonnen Glyphosat hergestellt, transportiert, gelagert und eingesetzt – was bei unsachgemäßer Handhabung ein beträchtliches Risikopotential darstellt.

Die Arbeiten wurden durch den Exzellenzcluster EAM (Engineering of Advanced Materials) aus der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder und durch die Graduate School Molecular Science (GSMS) an der FAU unterstützt.

Weitere Informationen:
Prof. Marcus Halik
Tel.: 09131/85-70367
marcus.halik@fau.de

DOI: 10.1038/s41893-019-0452-6