Biomining

Metallgewinnung durch Bakterien

Bakterien mobilisieren Kupfer aus dem Mineral Chalkopyrit. Bild: HZDR / 3DKosmos Sander Münster

Ohne sie wäre unsere moderne Welt gar nicht denkbar: Metalle. Wie etwa das Leichtmetall Aluminium in Autokarosserien, Metalle der seltenen Erden wie Yttrium in Plasmabildschirmen oder Kupfer in elektrischen Leitungen. Und die Nachfrage steigt infolge der rasanten Entwicklung neuer Technologien weltweit stetig an. Grundsätzlich gibt es auch genügend Metalle - das Problem ist, sie verfügbar zu machen.

Oft liegen die Metalle nur in sehr geringer Konzentration in verschiedenen Rohstoffen vor. Katrin Pollmann vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und ihr Team entwickeln neue Verfahren, um auch geringe Spuren von Metall zu gewinnen und betrachten Vorkommen, die vorher keine Beachtung fanden. Sie setzen Bakterien ein, um Metalle aus Halden stillgelegter Bergwerke herauszulösen oder aus Elektroschrott zu recyceln. Biomining wird der Prozess genannt, bei dem Metalle mittels Mikroorganismen extrahiert werden.

Die HZDR-Forscher suchen nach geeigneten Bakterien, mit denen sich Kupfervorkommen erschließen lassen. "Kupfer liegt in den Erzen oft fein verteilt vor und ist für klassische Aufbereitungsverfahren schwer zugänglich", sagt Katrin Pollmann. Der Großteil des Kupfers ist im Erzgestein fest mit Schwefel verbunden; wie etwa im Mineral Chalkopyrit (siehe Bild). Diese sogenannten Metallsulfide sind unter normalen Umweltbedingungen unlöslich. Daher lassen sich die reinen Metalle nur durch komplizierte chemische Verfahren gewinnen. Pollmanns Bakterien können Kupfer aber einfach durch ihren Stoffwechsel aus dem Erz lösen. Dazu bilden die Bakterien einen dichten Verbund - einen Biofilm. Das Verfahren wird Biolaugung genannt. "Gerade beim Erschließen geringer Mengen von Kupfer ist der Prozess besonders effizient und im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden vergleichsweise umweltfreundlich", sagt Pollmann. Derzeit untersucht sie auch ob sich Metalle aus seltene Erden mittels Biolaugung gewinnen lassen.

Ein weiteres mikrobiologisches Verfahren, das die HZDR-Wissenschaftler intensiv erforschen, ist die sogenannte Biosorption. Dabei nutzen die Forscher die speziellen Oberflächenstrukturen von Bakterien für Filtermaterialien. "Die Oberfläche der Bakterien besteht aus Hüllproteinen, die regelmäßige Nanostrukturen bilden und effizient und selektiv Metall-Ionen binden", sagte die Wissenschaftlerin. In der Natur schützen sich die Mikroorganismen damit vor Schadstoffen. Pollmann und ihre Kollegen nutzen das Prinzip, um beispielsweise Arsen und Uran aus Abwässern zu entfernen.

Katrin Pollmann leitet die Arbeitsgruppe Biotechnologie am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF). Das Institut gehört zum HZDR und kooperiert eng mit der TU Bergakademie Freiberg. Im HIF werden Technologien erforscht und entwickelt, die dabei helfen sollen, eine langfristige Versorgung der Wirtschaft mit strategisch wichtigen Technologiemetallen sicherzustellen.

Weblinks:

Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie

Gruppe "Biotechnologie" am HZDR

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06.08.2013 , Saskia Blank
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