Auslaugung von Elementen aus Grünlauge‑Rückständen von 16 schwedischen Zellstoff‑ und Papierfabriken zwischen 2017 und 2019

Zwei Abfallprobleme zu einer Lösung machen

In ganz Schweden und weltweit sickern an Tausenden alter Metallbergwerke unauffällig saure, metallreiche Wässer in angrenzende Bäche und Böden. Die Sanierung dieser verstreuten Standorte ist teuer und komplex, insbesondere wenn es sich um historische Stätten handelt, deren Landschaft nicht grundlegend verändert werden darf. Gleichzeitig fallen in Zellstoff‑ und Papierfabriken große Mengen an Grünlauge‑Rückständen an, ein kreidiges Restprodukt, das in der Regel deponiert wird. Diese Studie untersucht, ob dieses industrielle Nebenprodukt sicher wiederverwendet werden könnte, um saure Bergbauabwässer zu neutralisieren und so Abfall in ein Werkzeug zur Umweltreparatur zu verwandeln.

Worum es sich bei diesem unerwarteten Material handelt

Grünlauge‑Rückstände entstehen, wenn Zellstoffwerke ihre Kochchemikalien zurückgewinnen. Holzspäne werden in starken alkalischen Lösungen gekocht, um die Fasern zu trennen; die gebrauchte Flüssigkeit wird anschließend verbrannt und weiterverarbeitet, um die Chemikalien zu recyceln. Dabei bildet sich ein schlammartiger Rückstand, der verbliebenen Kalk, Natriumverbindungen und Spuren von Metallen enthält. Er ist stark alkalisch, kann Säure puffern und haftet dazu neigend an Partikeln, wenn er gemischt wird. Da nahezu der gesamte Rest heute deponiert wird, könnte ein sicherer Wiederverwendungsweg sowohl Entsorgungskosten senken als auch die Umweltbilanz der Zellstoff‑ und Papierindustrie verbessern.

Wie die Forschenden es getestet haben

Um zu prüfen, wie sich dieses Material in der Praxis verhält, sammelten die Autorinnen und Autoren 71 Proben von Grünlauge‑Rückständen aus 16 schwedischen Werken über einen Zeitraum von zwei Jahren. Statt nur eine oder zwei Proben zu untersuchen, erfassten sie absichtlich eine breite Palette von Werken, Jahreszeiten und Verarbeitungsbedingungen. Im Labor schüttelten sie das nasse Material in zwei Schritten mit reinstem Wasser und simulierten damit grob mehrere Niederschlagsdurchgänge. Anschließend bestimmten sie, wie viel einer langen Liste von Elementen ins Wasser überging — darunter häufiger Bestandteile wie Natrium und Calcium sowie potenziell schädliche Spurmetalle wie Blei, Cadmium, Chrom und Zink. Computermodelle wurden eingesetzt, um daraus Rückschlüsse zu ziehen, welche Feststoffminerale in den Rückständen kontrollierten, was sich ins Wasser löste.

Was ausgelaugt wird und was bleibt

Die Tests zeigten eine geteilte Erscheinung. Salzartige Komponenten wie Natrium, Kalium und Rubidium ließen sich leicht auswaschen; mehr als zwei Drittel ihres Gesamtgehalts gingen unter den Versuchsbedingungen ins Wasser über. Diese stammten vorwiegend aus einfachen, hochlöslichen Salzen, die von den Zellstoff‑Chemikalien zurückgeblieben sind, und verursachten die starke Alkalität im ersten Spülwasser. Im Gegensatz dazu gaben Calcium, Magnesium, Eisen und viele problematische Metalle — etwa Zink, Blei, Nickel und Kupfer — kaum etwas ab. Ihre Konzentrationen im Wasser waren gering, oft weit unter 1 Prozent der im Feststoff vorhandenen Gesamtmengen. Die Modellierung deutete auf Minerale wie Calcit (eine verbreitete Form von Kalkstein), verschiedene Metallhydroxide und Oxide als die hauptsächlichen „Schlösser“, die diese Elemente festhalten und ihren langsamen Austritt steuern.

Sicherheit in Bezug auf schadstoffführende Metalle

Da Grünlauge‑Rückstände beträchtliche Mengen an Spurmetallen enthalten können, müssen Aufsichtsbehörden wissen, ob ihr Einsatz an Bergbaustandorten die Wasserqualität verschlechtern könnte. Die Studie verglich die ausgelaugten Mengen mit schwedischen Rechtsgrenzen für Materialien, die auf Deponien abgelagert werden. Bei nahezu allen Proben blieb das Abflusswasser der Rückstände unter diesen Grenzwerten für Schlüssellemente wie Arsen, Barium, Cadmium, Blei und Zink; nur wenige ungewöhnliche Proben überschritten die Limits für Chrom, Kupfer, Molybdän oder Nickel. Wichtig ist, dass diese Labortests bewusst pessimistisch ausgelegt waren: verwendet wurde reines Wasser und großzügige Kontaktzeiten, um Auslaugung zu begünstigen. In realen Bergbauumgebungen, in denen die Rückstände in saures Gelände eingemischt werden und sich die Bedingungen im Laufe der Zeit verändern, erwarten die Autorinnen und Autoren, dass die Freisetzungsraten für die meisten Metalle noch geringer ausfallen.

Warum das für alte Bergwerke wichtig ist

Wenn stark alkalische Rückstände mit saurem Bergbaurückstand in Kontakt kommen, können sie die Säure neutralisieren, den Mineralabbau verlangsamen und begünstigen, dass Metalle an Feststoffe gebunden werden statt in Lösung zu bleiben. Die Studie zeigt, dass Grünlauge‑Rückstände im Mittel nur geringe Mengen problematischer Metalle freisetzen, gleichzeitig aber sowohl einen schnellen pH‑Anstieg durch lösliche Salze als auch eine langfristige Pufferwirkung durch langsam lösliche Carbonatminerale bieten. Diese Kombination legt nahe, dass sie sicher in sulfidischen Bergbaurückstand eingedrückt oder gemeinsam entsorgt werden könnten, um den Effekt saurer Abwässer zu verringern. Bestätigen weitere Feldtests diese Befunde, könnten Länder mit sowohl Zellstoffwerken als auch stillgelegten Bergwerken zwei Umweltlasten gleichzeitig angehen — die Deponieanforderungen für Werksabfälle senken und die Wasserqualität in der Umgebung historischer Bergbaustätten verbessern.

Zitation: Stahre, N., Sartz, L. & Bäckström, M. Element leaching from green liquor dregs from 16 Swedish pulp and paper mills between 2017 and 2019. Sci Rep 16, 14683 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51421-1

Schlüsselwörter: Grünlauge‑Rückstände, Säurebergbauwasser, Sanierung von Bergbaurückständen, Wiederverwendung industrieller Nebenprodukte, Metallauslaugung