Internationales Forscherteam setzt genmodifizierte Bakteriophagen ein, um Seltene Erden selektiv aus Grubenabwässern zu extrahieren.
Ob Smartphones, Windkraftanlagen oder Elektroautos – Seltene Erden sind unverzichtbar für zahlreiche Schlüsseltechnologien. Bevor die 17 chemisch sehr ähnlichen Elemente jedoch verarbeitet werden können, müssen sie in einem aufwendigen und energieintensiven Verfahren voneinander getrennt werden. Die benötigten Chemikalien können zudem die Umwelt belasten. Weltweit werden daher alternative Methoden zur Gewinnung der kritischen Rohstoffe entwickelt.
Ein internationales Forscherteam unter Leitung der University of California, Berkeley hat jetzt einen biologischen Ansatz optimiert, der aus einem Virus eine selektive „Recyclingmaschine“ macht. Dazu wurde ein Bakteriophage – ein Virus, das nur Bakterien befällt und für Menschen und Umwelt ungefährlich ist – gentechnisch durch das Hinzufügen zweiter Proteine auf seiner Oberfläche modifiziert. Eines davon kann in einer Flüssigkeit gezielt Seltene Erden an sich binden – wie eine molekulare Klaue oder ein intelligenter Schwamm, umschreiben es die Forscher.
Das zweite Protein fungiert als eine Art temperaturabhängiger Schalter: Wird die Lösung sanft erwärmt, setzen sich die Viren mitsamt der aufgenommenen Rohstoffe am Boden des Tanks ab. Nach dem Ablassen der Flüssigkeit können die Metallionen dann durch eine Veränderung des pH-Werts aus dieser Masse extrahiert werden. Das Verfahren wurde erfolgreich in sauren Grubenabwässern getestet, Rückständen früherer Bergbauaktivitäten, die oft noch wertvolle Stoffe enthalten.
Umweltfreundlicher und kostengünstiger als herkömmliche Trennungsverfahren
Verglichen mit herkömmlichen Trennungstechnologien für Seltene Erden sei ihre Methode umweltfreundlicher und kostengünstiger, so die Forscher. Die Viren bleiben zudem auch nach mehreren Durchläufen noch effiziente Recyclingwerkzeuge.
Das System kann den Wissenschaftlern zufolge weiter modifiziert werden, etwa um Seltene Erden aus Elektroschrott zu gewinnen oder zur Extraktion anderer kritischer Mineralien wie Lithium, Kobalt oder Platinmetalle. Ebenso wäre es denkbar, damit Wasser von giftigen Schwermetallen wie Quecksilber oder Blei zu reinigen, erklärt Seung-Wuk Lee, Professor für Bioengineering an der UC Berkeley und einer der Autoren der Studie.
Als nächstes soll untersucht werden, wie sich die Methode zur Gewinnung von Kupfer einsetzen lässt. Diese Phase wird vom Rio Tinto Centre for Future Materials gefördert, einem Forschungszentrum, das der Bergbaukonzern mit mehreren Universitäten gegründet hat, um nachhaltige Technologien und Materialien für die Energiewende zu entwickeln und die Rohstoffgewinnung umweltfreundlicher zu gestalten.
Bakterien, Algen und mehr: Gentechnik spielt auch bei anderen Trennungsverfahren, die derzeit für Seltene Erden erforscht werden, eine Rolle. Ebenso wird der Einsatz von elektrischen Strömen, Algen und sogar Schwämmen erprobt, um den Abbau der kritischen Rohstoffe künftig unabhängiger vom Primärbergbau zu machen.
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