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Geobiotechnologie: Innovative Verfahren zur Gewinnung Seltener Erden und anderer Wertmetalle aus hochverdünnten Lösungen durch Mikroalgen-basierte Bioadsorption

Themenstellung:

Metalle der Seltenen Erden (bzw. engl. rare earth elements, REE) sind sehr wichtige Rohstoffe der aktuellen Hochtechnologie. Ohne sie sind die Hochleistungsdatenübertragung, die Kommunikation über Smartphones, die Hybridautomobiltechnik und vor allem die alternative Energieversorgung kaum denkbar. Fast alle Strategien zur Modernisierung unserer Technik sind von diesen Rohstoffen abhängig. Dem steht allerdings eine eingeschränkte Versorgungssituation gegenüber, die sich u. a. auch auf die umwelttechnologische Entwicklung in Bayern auswirken könnte.

Zwar sind Seltene Erden nicht wirklich selten, sie sind aber so gleichmäßig in der Lithosphäre verteilt, dass sie nur sehr selten in konzentrierter Form abgebaut werden können. Von den jährlich 130.000 Tonnen global produzierter REE werden 97 % vom China bereitgestellt, das somit eine Monopolstellung für diese Hochtechnologierohstoffe hat. Da die neue Erschließung von Vorkommen extrem kostenintensiv ist, besteht ein hohes Interesse, umweltschonende Prozesse zu entwickeln, um geringe REE-Konzentrationen aufzuarbeiten, die für klassische Gewinnungsmethoden uninteressant sind.

Mikroalgen sind phototrophe Organismen, die Sonnenlicht als Energiequelle und CO2, z. B. auch aus Industrieabgasen als Kohlenstoffquelle zum Wachsen nutzen können und oft sehr interessante Inhaltsstoffe besitzen. Deshalb werden sie gerne in dem Gebiet der weißen Biotechnologie als Produzenten angesehen, mit denen wertvolle Produkte für die chemische und pharmazeutische Industrie kostengünstig und umweltschonend hergestellt werden können. Letztlich bleibt bei solchen Prozessen dann ein Biomasserest übrig, der meistens zu Dünger oder Energie umgesetzt wird und sich möglicherweise deutlich sinnvoller einsetzen lässt.

Ziel:

Unabhängig davon, ob es um Recycling geht oder um die Nutzung von Rest- oder Abfallstoffen wie Haldengestein oder Laugen aus dem Bergbau oder aus Deponien – das zentrale Problem beim Recycling der REE bzw. der Nutzung von Rest- oder Abfallströme ist ihre besonders geringe Konzentration. Es müssen deshalb besonders effektive Anreicherungsprozesse entwickelt werden. Schon seit mehr als 10 Jahren liegen Ergebnisse vor, die demonstrieren, dass Mikroalgen Schwermetalle binden und in metallischer Form abscheiden können. Bei diesen Adsorptionsvorgängen ist eine gewisse Selektivität bezüglich der Metalle zu beobachten. Über den Mechanismus ist bisher allerdings nur wenig bekannt. Ziel dieses Projekts ist es deshalb, Algenspezies zu identifizieren, die REE-Spezies in hochverdünnten Lösungen binden und somit anreichern können. Dieses biotechnologische Adsorbermaterial lässt sich als erneuerbarer Rohstoff leicht produzieren, ist umweltfreundlich und könnte vor der Adsorption möglicherweise sogar noch wertvolle Inhaltsstoffe liefern. Durch Kartuschen mit dem Bio-Material könnten Laugen bzw. wässrige Lösungen mit REE-Metallen geleitet werden, um die Metallionen zu binden. Es ist denkbar, die adsorbierten Metalle wieder auszuwaschen, prinzipiell können sie aber durch Verbrennen der Biomasse isoliert werden, so dass selbst die Energiegewinnung noch berücksichtigt würde. Die so biotechnologisch angereicherten Metalle bzw. Metallgemische können nachfolgend mit klassischen metallurgischen Methoden weiter verarbeitet werden. Sollte diese Methode wie vorgesehen etabliert werden, könnte zumindest ein Teil des REE-Bedarfs umweltfreundlich aus Quellen gewonnen werden, der unabhängig von China wäre. Dies wäre ein signifikanter Beitrag der Biotechnologie zur regionalen Förderung von Hochtechnologien in Deutschland.

 

 

Projektleitung: 
Prof. Dr. Rainer Buchholz
Friedrich-Alexander Universität, Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik
Paul-Gordan-Straße 3
91052 Erlangen
Tel. 09131-85-23003
Rainer.Buchholz@fau.de

www.bvt.cbi.uni-erlangen.de
Prof. Dr. Thomas Brück
Technische Universität München
Zentrum für Weiße Biotechnologie
Fachgebiet Industrielle Katalyse
Lichtenbergstr. 4
85748 Garching b. München
Tel. 089-289-13253
Brueck@tum.de

www.ibc.ch.tum.de
Projektmitarbeiter: 
Dr. Anna Becker
anna.maria.becker@fau.de
09131-85-23054
Marcus Heilmann M.Sc.
marcus.heilmann@fau.de
09131-85-23056
Dipl.-Ing. Wojciech Jurkowski
w.jurkowski@tum.de
089-289-13251