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Faszination Technik Wie Seltene Erden mittels Bakterien recycelt werden könnten

Quelle: TUM / Redakteur: Dorothee Quitter

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: die Biosorption von Seltenen Erden in Industrieabwässern durch Biomasse aus Cyanobakterien.

Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, vier von 17 Metallen der Seltenen Erden mithilfe von Biomasse aus wässriger Lösung zu recyceln. Diese Bioreaktoren nutzten die Forschenden, um Biomasse der untersuchten Cyanobakterien-Stämme zu produzieren.
Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, vier von 17 Metallen der Seltenen Erden mithilfe von Biomasse aus wässriger Lösung zu recyceln. Diese Bioreaktoren nutzten die Forschenden, um Biomasse der untersuchten Cyanobakterien-Stämme zu produzieren.
(Bild: Andreas Heddergott / TU Muenchen)

17 Metalle werden unter dem Begriff Seltene Erden zusammengefasst. Sie alle sind für unsere modernen Technologien unentbehrlich. Da die Nachfrage steigt, die Abbaustätten aber begrenzt sind, hat das effektive Recycling dieser Rohstoffe eine große Bedeutung – etwa aus Industrieabwässern in den Bereichen Bergbau, Elektronik oder chemische Katalysatoren.

Zwölf Stämme von Cyanobakterien untersucht

In Kooperation mit der Hochschule Kaiserslautern haben Forschende der TU München die Kreislaufwirtschaft der gefragten Metalle jetzt einen großen Schritt vorangebracht: Sie untersuchten mehrere Stämme von Cyanobakterien auf ihr Potenzial, Seltene Erden aus wässriger Lösung zu binden – und hatten Erfolg. Laut TUM bestimmten sie das Potenzial für die sogenannte Biosorption der Seltenen Erden Lanthan, Cer, Neodym und Terbium für zwölf Stämme von Cyanobakterien. Die meisten dieser Stämme waren zuvor noch nie auf ihr biotechnologisches Potenzial hin untersucht worden. Sie stammen aus Lebensräumen mit extremen Umweltbedingungen wie den Wüsten Namibias, Natronseen im Tschad, Felsspalten in Südafrika oder verschmutzten Bächen in der Schweiz.

Zuckerverbindungen ziehen Metallionen an

Wie die Wissenschaftle im Laborversuch feststellten, können die untersuchten Cyanobakterien Mengen der Seltenen Erden adsorbieren, die bis zu zehn Prozent ihrer Trockenmasse entsprechen. Das funktioniere so: Die Biomasse aus Cyanobakterien weist einen hohen Anteil an Zuckerverbindungen auf, die negative Ladungen tragen. Diese ziehen positiv geladene Metallionen an, die so an die Biomasse gebunden werden. Der Prozess verlaufe dabei schnell ab. So wurde beispielsweise das meiste Cer in Lösung innerhalb von fünf Minuten nach Beginn der Reaktion gebunden. Die Forschenden konnten außerdem beobachten, dass die Biosorption selbst bei niedrigen Konzentrationen der Metalle möglich ist. Da der Prozess reversibel ist, kann die Biomasse nach dem Auswaschen der Metalle auch wiederverwendet werden. In einem weiteren Projekt sollen nun die Versuche in einem größeren Maßstab durchgeführt werden, um die industrielle Anwendung der Ergebnisse voranzubringen.

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