Effektive Metallgewinnung mit elektronenstimulierten Mikroorganismen
Anwendung der Elektronenstrahl-Technologie auf biotechnologische Prozesse.
Der sparsame Umgang mit Ressourcen, Recycling und die künftige Erschließung neuer Rohstoffquellen sowie eine dafür umweltschonende und trotzdem bedarfsorientierte Gewinnung von Metallen sind wichtige Themen, an denen Forscher weltweit arbeiten. Die Gewinnung von Schwermetallen aus ihren Erzen durch Mikroorganismen nennt man mikrobielle Erzlaugung oder Biolaugung. Spätestens seit Mitte des 18. Jahrhunderts wird beispielsweise Kupfer aus der riesigen Lagerstätte am Rio Tinto in Südspanien durch mikrobiologische Prozesse gelaugt. Hier findet dieser Prozess auf natürlichem Wege und unkontrolliert statt.
Derzeit wird die Biolaugung von Kupfer in der Großproduktion meist durch Perkolation in Halden durchgeführt. Das Mineral wird in zwei bis drei Zerkleinerungsstufen auf eine Partikelgröße von etwa einem Zentimeter oder mehr zerkleinert. Verdünnte Schwefelsäure-Lösung wird über Tropfbewässerung oder Berieselung auf das aufgehäufte Material aufgebracht und der Prozess so oft wiederholt, bis die gewünschte Kupferextraktion und -konzentration erreicht ist. Diese Laugungsphase kann mehrere Monate andauern.
Um die mikrobielle Erzlaugung zu beschleunigen und effektiver zur Wiedergewinnung von Metallen aus Abraumhalden und Abfällen zu nutzen, hat sich am Fraunhofer-Institut für organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik ein interdisziplinäres Konsortium gebildet, in dem das jahrzehntelang aufgebaute Know-how auf dem Gebiet der Elektronenstrahltechnologie für biotechnologische Prozesse angewandt wird.
„Wir arbeiten aktuell an einem Labordemonstrator für die direkte Elektronenbehandlung von Flüssigkeiten in einem Bioreaktor“, erläutert Simone Schopf vom Fraunhofer-FEP. „In ersten Versuchen konnten wir parallel dazu an einer bestehenden Elektronenstrahlanlage nachweisen, dass die Interaktion zwischen Elektronen und Bakterien zur Stimulation führen kann. So stimulieren wir in Vorversuchen mit niedrig dosierten Elektronen Bakterien und erreichen so eine um etwa zehn Prozent höhere Ausbeute. Die Technologie soll speziell für den Einsatz im Life-Science-Bereich und der Umwelttechnik entwickelt werden.“
Bisher erfolgt die Behandlung von Flüssigkeiten mit Elektronen nur als sehr dünner Film, um sie mit Elektronenbandstrahlern behandeln zu können. Die Herstellung solcher großen Elektronenbandstrahler ist kein Problem. Die Herausforderungen bestehen in der Miniaturisierung der Elektronenstrahlquelle, dem Design der Schnittstelle zum Bioreaktor. Durch direktes und gezieltes Einbringen der Elektronen in die Flüssigkeit sind die Energieverluste jedoch gering und der Kühleffekt der Flüssigkeit kann vorteilhaft genutzt werden.
Im Moment liegt der Forschungsfokus auf der Biolaugung zur Rohstoffgewinnung oder als Recyclingverfahren. Die Wissenschaftler versprechen sich neben dem Einsatz des Verfahrens zur mikrobiellen Erzlaugung auch Anwendungen bei der Abwasserbehandlung, bei Sterilisationsaufgaben, in der Lebensmittelindustrie und pharmazeutischen Industrie. Interessant kann das Verfahren zukünftig auch zur biotechnologischen Produktion von Naturstoffen oder auch „grünem“ Wasserstoff sein.
Fh.-FEP / RK
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