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Bio-Bergbau auf dem Vormarsch

Bakterien gewinnen Metalle aus Gestein und Industrieabfällen

Von Jan Lublinski

Sogenannte Eisenoxidierer, die für die Auflösung von Mineralen wichtig sind, spielen eine große Rolle für das Biomining.
Sogenannte Eisenoxidierer, die für die Auflösung von Mineralen wichtig sind, spielen eine große Rolle für das Biomining. (picture alliance / dpa - Hu Dunhuang)

Metalle wie Gold, Kupfer oder Nickel sind derzeit sehr teuer, weshalb es sich lohnt, über alternative Herstellungswege nachzudenken. Einer ist das sogenannte Biomining: der Abbau und das Heraustrennen von Metallen mithilfe von Bakterien. Auch die Umwelt schont dieses Verfahren.

Axel Schippers ist von Beruf Geo-Mikrobiologie. Er sammelt Bakterien, die aus der Erde stammen.

"Da haben wir hier zum Beispiel solche Organismen, die aus der tiefen Biosphäre kommen, zum Beispiel ölabbauende Organismen aus Öllagerstätten."

In seinem Labor an der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover hat er insgesamt 1500 verschiedene Stämme zu einer Art Mikrobenzoo zusammengetragen – und eingefroren.

"Bei Minus 140 Grad. So ist das wenig arbeitsintensiv. Von Zeit zu Zeit muss man die dann wieder zum Leben erwecken. Muss schaun, ob sie noch rein und aktiv sind."

Die Wiederbelebung der Bakterien geschieht dann im Brutraum, einer kleinen, dunklen und warmen Kammer ohne Fenster. Hier steht ein großer Schüttler, ein Servierwagen mit Glaskolben in drei Etagen, die ständig hin und her schaukeln. In den Kolben vermehren sich die Mikroben.

"Speziell auch solche Eisenoxidierer, die für die Auflösung von Mineralen wichtig sind, die ne große Rolle spielen für das Biomining, um bestimmte Metalle in Lösung zu bringen."

Biomining ist die Kunst, Metalle mithilfe von Bakterien aus Erzen herauszulösen. Dazu wird das Gestein zunächst zermahlen und mit Säure vermengt. Bei diesem Prozess werden dann ausgewählte Bakterien, die ursprünglich aus dem Gestein stammen und vermehrt worden sind, in das Säurebad dazugegeben. Sie fühlen sich in dieser Umgebung wohl und ernähren sich, indem sie das Erz zersetzen. Übrig bleibt dann eine Flüssigkeit, in der sich das Metall befindet. Es kann mit chemischen Verfahren, wie etwa Elektrolyse, in seine reine, feste Form gebracht werden.

Dabei gilt das Biomining als vergleichsweise umweltfreundlich: die klassischen Verfahren, bei denen das Metall in Hochöfen aus dem Erz herausgeschmolzen wird, verbrauchen mehr Energie und belasten die Atmosphäre mit Schwefeldioxid.

Erforscht wurde das Biomining insbesondere in den 70er-Jahren; jetzt wird es wieder neu entdeckt, weil die Metallpreise so stark gestiegen sind.

"Teilweise setzen wir direkt da an, wo wir vor 20, 30 Jahren aufgehört haben."

Immerhin haben die Biologen in jüngster Zeit eine ganze Reihe von neuen Biomining-Bakterien ausfindig gemacht. Diese Mikroben haben sehr unterschiedliche Fressgewohnheiten und vermehren sich jeweils nur unter ganz bestimmten chemisch-physikalischen Bedingungen.

"Man kannte vor 30 Jahren eine Handvoll solcher Mikroorganismen die im Biomining eine Rolle gespielt haben. Heute haben wir doch mindestens 30. Und das ist sicherlich nicht das Ende der Fahnenstange, so dass doch die Anwendungspalette breiter geworden ist, also spezifisch hin für einige Minerale kann man ganz gezielt dann auch Organismen einsetzen."

Für die Metalle Kupfer und Gold sind Biomining-Verfahren in der Industrie längst etabliert, einige Prozent der Weltjahresproduktion werden mit Bakterien erzeugt – vor allem in Südamerika, Afrika und Australien. In Finnland hat jetzt eine Biogeologin mit neuen Bakterienstämmen einen ganz eigenen Biomining-Prozess entwickelt, mit dem es möglich wird, die Metalle Nickel, Kobalt und Zink aus dem Gestein einer skandinavischen Lagerstätte zu gewinnen. Ihre Firma Talvivaara ist auf diese Weise zum größten Nickelproduzenten in Europa aufgestiegen.

Doch die Erkenntnisse und Prozesse lassen sich von einem Ort nicht so ohne weiteres auf andere übertragen: Jede Lagerstätte hat ihre eigene Zusammensetzung, jeder heimische Bakterienstamm seine eigenen Ansprüche.

"Und da haben wir im Moment auch einen Engpass - auch was die Entwicklung der Biotechnologie auch für die Metallaufbereitung angeht. Wir haben zwar aus früheren Arbeiten eine Reihe von Ansätzen, die im Labor durchgeführt wurden. Wir haben aber im Moment nicht die Möglichkeit in Deutschland, dies auch in einem größeren Maßstab zu testen und auf Wirtschaftlichkeit zu überprüfen."

Dennoch will Axel Schippers mit seinem Laborwissen international dazu beitragen, industrielle Biomining-Prozesse zu verbessern. In Zusammenarbeit mit Experten von der TU Clausthal konnte er für eine Mine in Peru nachweisen, dass die dortigen Bergbauhalden mithilfe von Biomining-Bakterien saniert werden könnten. Und zwar so, dass sich die Sanierung durch den Verkauf des gewonnenen Metalls finanzieren lässt.

Auch für die Behandlung von Industrieabfällen will Schippers in Zukunft spezialisierte Bakterien einsetzen: für metallhaltige Aschen, für Schlacken und für Elektronikschrott.

"Was es sicher nicht geben wird, ist: der Wunderorganismus, der alles für einen erledigt. Da ist halt viel Arbeit notwendig, viel Technologieentwicklung, um dann zum Erfolg zu kommen."

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