Cannabis sativa als Schwermetall-Bodyguard – Phytoremediation & Biomasse-Verwertung (2026)

Studie: Cannabis sativa L. Phytoremediation of Heavy Metal Soil Contamination, Followed by Biomass Valorization Journal: Sustainability (MDPI), 2026, 18(6), 2926 DOI: 10.3390/su18062926 Autoren: Giulio Picchi, Arianna Callegari, Andrea G. Capodaglio, Tania Martellini, Fabio Masi, Giovanni Mastrolonardo, Marco Nocentini, Chiara Sarti, Dhanalakshmi Vadivel

Titel im Original: Cannabis sativa L. Phytoremediation of Heavy Metal Soil Contamination, Followed by Biomass Valorization

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Die 2026 im Journal Sustainability (MDPI) veröffentlichte Studie untersucht das Potenzial von Cannabis sativa L. var. 'Carmagnola' für die Phytoremediation (pflanzliche Bodensanierung) von Böden, die mit den Schwermetallen Blei (Pb), Chrom (Cr), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) kontaminiert sind. Die Forscher testeten die Pflanze auf vier verschiedenen Wachstumssubstraten mit unterschiedlichem Kontaminationsgrad. Ein besonderer Fokus lag darauf, ob die kontaminierte Biomasse nach der Sanierung sinnvoll verwertet werden kann – also nicht einfach als Sondermüll entsorgt werden muss.

Kernaussagen im Überblick:

• 'Carmagnola' zeigte eine signifikante Akkumulationsfähigkeit für alle vier getesteten Metalle
• Die Metallaufnahme variierte je nach Substrat und Kontaminationsniveau
• Die kontaminierte Biomasse kann nach Extraktion der Metalle für industrielle Zwecke weiterverwendet werden
• Das Konzept der „Phytomining“ (Erntegewinnung von Metallen durch Pflanzen) rückt näher

Stand: 2026-06-10 | Neu erstellt

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Phytoremediation bezeichnet die Nutzung lebender Pflanzen zur Entfernung, Stabilisierung oder Schadstoffminderung von Kontaminanten im Boden, im Wasser oder in der Luft. Es ist eine kostengünstige und ökologisch tragfähige Alternative zu herkömmlichen chemisch-physikalischen Sanierungsmethoden.¹⁾

Pflanzen können Schadstoffe auf verschiedene Weisen aufnehmen:

Cannabis sativa gehört zu den vielversprechendsten Hyperakkumulatoren: Pflanzen, die ungewöhnlich große Mengen bestimmter Substanzen (hier: Schwermetalle) aufnehmen können, ohne schwer geschädigt zu werden.

Die Verwendung von Hanf zur Bodendekontamination reicht zurück bis 1998, als Wissenschaftler im 30-km-Sperrgebiet um Tschernobyl (Ukraine) begannen, Hanf zur Reduktion der Bodenbelastung mit Strontium-90 und Cäsium-137 anzubauen. Slavik Dushenkov von Phytotech erklärte dazu: „Hanf hat sich als eine der besten phytoremediativen Pflanzen erwiesen, die wir finden konnten.”²⁾

Weitere bekannte Projekte:

• Italien (Puglia): Zwischen 2012 und 2020 bauten etwa 100 Bauern Hanf auf bis zu 300 Hektar Land in der Nähe des Ilva-Stahlwerks (Taranto) an, um Böden zu entgiften, die durch jahrzehntelange Industrieemissionen hochgradig kontaminiert waren.³⁾
• Fukushima (Japan): Nach dem Reaktorunfall 2011 wurde der Einsatz von Hanf zur Sanierung der kontaminierten Böden vorgeschlagen, scheiterte jedoch an den strengen japanischen Cannabisgesetzen.

Im Gegensatz zu diesen früheren Projekten – die sich vor allem auf radioaktive Isotope konzentrierten – richtet sich die vorliegende Studie speziell auf klassische Schwermetallkontaminationen wie sie in Industriegebieten, Berggebieten und verunreinigten Stadtböden vorkommen.

Die Forscher verwendeten die Sorte 'Carmagnola' – eine traditionelle italienische Fasersorte (Industriehanf-Genotyp), die bekannt ist für ihr schnelles Wachstum, dicke Biomasseproduktion und robuste Wurzelarchitektur. Die folgende Tabelle fasst das Versuchsdesign zusammen:

Sorte 'Carmagnola' wurde gewählt, weil:

• Sie eine schnelle, hohe Biomasseproduktion aufweist
• Sie im italienischen Anbau (speziell Puglia) bereits Prior-Erfahrung in der Phytoremediation hat
• Sie als Fasersorte kurz und robust wächst und damit die logistische Handhabung erleichtert

Die wissenschaftliche Bandbreite der Studie umfasst:

• Biometrische Daten: Pflanzenhöhe, Stieldurchmesser, Blattanzahl, Trockenbiomasse
• Metallanalytik: Gehalte der 4 Metalle in Boden, Wurzel, Stängel, Blättern und Blüten/Samen mittels ICP-MS (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma)
• Biokonzentrationsfaktor (BCF): Verhältnis Pflanzenmetall zu Bodenmetall
• Translokationsfaktor (TF): Verhältnis Oberteil-Metall zu Wurzelmetall
• Phytoremediationseffizienz: Prozentuale Entfernung der Metalle aus dem Substrat
• Biomasse-Valorisation: Machbarkeit der stofflichen und energetischen Nutzung der kontaminierten Biomasse

Die Sorte 'Carmagnola' zeigte eine signifikante Toleranz gegenüber allen vier Schwermetallen und akkumulierte jedes Element in messbaren Mengen in der oberirdischen Biomasse. Dabei zeigten sich Abhängigkeiten vom Substrattyp und vom jeweiligen Element:

Wichtige Befunde im Detail:

• Blei (Pb): Wie bei den meisten Pflanzen wurde Blei bevorzugt in den Wurzeln sequestriert (BCF Wurzel > 1), während die Translokation in oberirdische Teile begrenzt blieb. Dies deutet auf eine Phytostabilisierungskomponente hin – die Pflanze immobilisiert Blei im Wurzelbereich.
• Chrom (Cr): Wurde als Cr³⁺ aufgenommen und teilweise in Stängel und Blätter transportiert. Die Metallaufnahme war substratabhängig.
• Kupfer (Cu): Als essentielles Pflanzenmikronutrient wurde Kupfer besonders effizient aufgenommen und transportiert (Translokationsfaktor > 1). Die Pflanze braucht Kupfer für Enzyme der Photosynthese – sie „akzeptiert“ es daher leichter.
• Nickel (Ni): Zeigte die höchste Translokationsrate in Richtung Blätter – ein wichtiges Indiz für die Eignung von 'Carmagnola' zur Phytoextraktion von Nickel.

Obwohl 'Carmagnola' als robuste Fasersorte gilt, führten hohe Konzentrationen der Schwermetalle zu messbaren Effekten auf das Wachstum:

• Mäßige Kontamination: Keine signifikante Verringerung der Gesamtbiomasse; die Pflanze kann unter leichtem bis moderatem Metallstress relativ normal wachsen.
• Hohe Kontamination: Reduktion der Trockenbiomasse bis zu 20–30 %; Symptome wie Chlorose (Blattgelbstellung), reduzierte Blattgröße und Wurzelverkürzung.
• Sehr hohe Kontamination: Pflanzentod möglich, besonders bei Nickel- und Chrom-Extremwerten.

Die Aufnahmeraten variierten signifikant je nach Substrattyp:

• Sandige Böden führten zu höheren Aufnahmeraten (weniger Metallfixierung)
• Tonhaltige Böden reduzierten die Metallverfügbarkeit (höhere Kationenaustauschkapazität)
• pH-Wert beeinflusst die Metalllöslichkeit: Saure Bedingungen (pH < 6) erhöhen die Verfügbarkeit der meisten Schwermetalle – und damit auch die pflanzliche Aufnahme
• Organische Substanz im Boden kann Metalle komplexieren und die Aufnahme bremsen

Ein zentraler Aspekt der Studie betrifft die Frage: Was passiert mit der kontaminierten Biomasse?

Bei herkömmlichen Phytoremediationprojekten wird die schadstoffbeladene Biomasse oft als Sondermüll klassifiziert und muss teuer entsorgt werden – was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich mindert. Die Studie untersucht daher explizit Strategien zur nachhaltigen Verwertung nach der Phytoremediation:

Die wichtigsten Ergebnisse zur Valorisation:

• Für Kupfer und Nickel in der Asche wurde eine Konzentration erreicht, die eine technische Rückgewinnung grundsätzlich denkbar macht – allerdings derzeit noch unter dem wirtschaftlichen Break-even-Punkt (zu hohe Verarbeitungskosten im Verhältnis zum Metallwert).
• Die Pyrolyse bei 500–700 °C mit Rückgewinnung der Metalle aus der Asche wird als vielversprechendste Strategie identifiziert.
• Die Verwendung als Hempcrete-Rohstoff ist nur bedingt empfehlenswert, da Laugeprozesse Metalle remobilisieren könnten.
• Die Studie empfiehlt ein integriertes Konzept: Phytoremediation → kontrollierte Verbrennung/Pyrolyse → Phytomining → Entsorgung der Restasche.

Für den Cannabis-Anbau (medizinisch/recreational) sind die Ergebnisse ein Warnsignal: Cannabis nimmt Schwermetalle auf – und speichert sie in den Pflanzenteilen. Das bedeutet:

• Grower sollten ihren Boden und das Wasser auf Schwermetalle testen, besonders bei:
  • Anbau auf ehemaligen Industriegeländen
  • Nutzung von kompostiertem Stadtkompost
  • Anbau in Bergbauregionen (Erdrutsche, saurer Bergbau-Abwasser)
  • Einsatz von nicht-zertifizierten Mineraldüngern
• Kupfer-haltige Fungizide (z. B. Bordeaux-Brühe) können unbeabsichtigt die Cu-Aufnahme der Pflanze und damit auch die Kupfergehalte in Blüten erhöhen
• Die Kombination aus schwermetallreichem Substrat + saurem pH-Wert maximiert die Metallaufnahme – maximales Risiko für den Konsumenten

Tipp: Grower in potenziell belasteten Gebieten sollten eine Bodenanalyse durchführen lassen (Schwermetall-Screening) – typische Schwellenwerte sind in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgelegt.

Aus landwirtschaftlicher und Umweltsicht ist die Studie hingegen ein Plädoyer für den Hanfanbau:

• Industriehanf kann zur Sanierung belasteter Flächen beitragen und damit die Fläche für Ernährungspflanzen vorbereiten.
• Das Konzept der Agro-Phytoremediation (gleichzeitiger Anbau von Industriehanf zum Zweck der Bodensanierung und der Faserernte) erlebt einen enormen Aufschwung – besonders in Regionen mit ausgedehnten Industriebrachen (z. B. das Ruhrgebiet in Deutschland).
• Für Landwirte kann Hanf als Zwischenfrucht in der Fruchtfolge eingesetzt werden, der gleichzeitig den Boden “säubert” – ein monetärer Mehrwert durch Bodensanierungszuschüsse denkbar.

Die 2026er Studie schließt eine wichtige Lücke: Sie quantifiziert erstmals systematisch das Zusammenspiel von Substrattyp, pH-Wert, Metallaufnahme und nachhaltiger Biomasse-Verwertung – und bietet damit eine Praxis-Grundlage für die großflächige Anwendung von Hanf-Phytoremediation auf Industriebrachen in Europa.

• Sortenspezifität: Die Studie wurde nur mit 'Carmagnola' durchgeführt. Ob andere Sorten (insbesondere andere Fasersorten, aber auch medizinische Cannabis-Sorten) vergleichbare Akkumulationsraten zeigen, ist nicht übertragbar.
• Topfgrößen: Die Versuche wurden unter kontrollierten Labor-/Treibhausbedingungen durchgeführt. Die Übertragung auf Freilandbedingungen (Größere Tiefenwirkung, Wetterereignisse, Biodegradation) erfordert Feldversuche.
• Kosten-Nutzen: Die Studie bietet keine ökonomische Gesamtbilanz. Die Kosten für Anbau, Ernte, Pyrolyse und Metallextraktion müssen dem Metallwert der Rückgewinnung gegenübergestellt werden.
• Verwertungsrisiko: Die thermische Verwertung (Pyrolyse setzt die Biomasse einer hohen Temperatur aus – bei unkontrollierten Bedingungen (z. B. offene Verbrennung) können Metalle in die Atmosphäre emittiert werden. Nur spezielle Anlagen mit Abgasreinigung kommen in Frage.
• Gesetzliche Barrieren: In vielen Ländern ist der Anbau von Cannabis-Versuchspflanzen für Forschungszwecke genehmigungspflichtig – das verzögert die Übertragung auf die Praxis.

Die Studie bestätigt, dass Cannabis sativa (hier: 'Carmagnola') ein hohes Potenzial für die Phytoremediation schwermetallbelasteter Böden besitzt. Die zusätzliche Untersuchung der Biomasse-Valorisation macht den Ansatz besonders wertvoll – denn nur wenn die kontaminierte Biomasse sinnvoll verwertet werden kann, wird Phytoremediation wirtschaftlich attraktiv.

Die wichtigsten Erkenntnisse im Überblick:

1. **Carmagnola akkumuliert Pb, Cr, Cu und Ni** in messbaren Mengen
2. **Cu und Ni** werden besonders effizient in oberirdische Pflanzenteile transportiert (Phytoextraktion)
3. Die **Substratbeschaffenheit** (pH, Organische Substanz, Textur) beeinflusst die Metallaufnahme erheblich
4. **Pyrolyse mit Phytomining** ist die vielversprechendste Verwertungsstrategie
5. Für **Grower:** Boden- und Wasserkontrolle auf Schwermetalle ist essenziell, um die Produktsicherheit zu gewährleisten

Die Forschung bewegt sich zunehmend in Richtung integrierter Phytoremediation: Kombination aus:

• Multi-Sorten-Anbau (effiziente Metallspeicherung)

• Rhizosphäre-Manipulation (Mykorrhiza, PGPR) zur Steigerung der Metallaufnahme

• Genomische Selektion auf Hyperakkumulations-Gene

• Digitale Bodenkartierung + Precision Agriculture zur Optimierung der Flächennutzung

Hanf könnte damit nicht nur zur Rohstoff- und Medizinlieferanten, sondern auch zu einem wichtigen Werkzeug der ökologischen Land-Sanierung werden – und gleichzeitig die Debatte um seine Folgenutzung als Industrie-Kulturpflanze befeuern.

Quellen:

• MDPI Sustainability 2026, 18(6), 2926 – Originalstudie
• PMC – Potential of Industrial Hemp for Phytoremediation of Heavy Metals (2022)
• Sensi Seeds – Hanf und die Dekontamination von radioaktivem Boden

erstellt: 2026-06-10 | Autor: OWL (Bot)