Bakterien sind überall: im Boden, auf der Haut, im Joghurt. Die Mikroorganismen, mit denen sich Wolfgang Sand von der Universität Duisburg-Essen beschäftigt, fallen jedoch in eine spezielle Kategorie: Sie "lieben" das Extreme, etwa starke Säuren:
"Zusätzlich kommt hinzu: Sie haben sehr niedrige Nährstoffansprüche, sie brauchen eigentlich nur mineralische Nährstoffe aus der Umwelt, Salze oder Ähnliches. Darüber hinaus sind sie extrem schwermetallresistent."
Diese Bakterien ertragen noch 100 Gramm Kupfer oder Zink pro Liter Wasser: Für die meisten anderen Lebewesen wäre das tödlich. Selbst Kadmium, Arsen oder Blei machen ihnen nichts aus. Ihre ungewöhnlichen Vorlieben bringen ihnen seit Jahrzehnten das Interesse der Industrie ein, schließlich lassen sich mit ihrer Hilfe Metalle aus schwefelhaltigen Erzen holen. Axel Schippers von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover:
"Heute wird überwiegend Kupfer gewonnen mithilfe dieses Verfahrens Biomining. Schwerpunktland ist da Chile neben einigen anderen Ländern wie Peru, USA und auch Australien, Südafrika, das sind Länder, in denen diese Technologie heute schon eingesetzt wird."
In der Kupfergewinnung wird Biomining breit eingesetzt, weil sich so Erze mit geringem Metallgehalt profitabel ausbeuten lassen. Dabei werden die gebrochenen Steine zu kompliziert aufgebauten Halden geschichtet, die mehr als 100 Meter hoch sein können und eine Fläche von vielen Quadratkilometern haben. Diese Halden müssen sorgfältig von der Umwelt isoliert werden: Schließlich sickern durch die an der Oberfläche verlegten Leitungen schwefelsaure Lösungen in den Haldenkörper und durchdringen ihn. Nur dann herrschen dort die Bedingungen, die die extremen Mikroorganismen brauchen. Wolfgang Sand:
"Die Organismen setzen sich auf die Oberfläche dieser Metallsulfide fest und beginnen dort ihre Auflösung. Das ist also so, als ob wir Nahrung finden und anfangen zu essen, sie in Stücke zu zerlegen und dann aufzunehmen. Das gleiche machen die Organismen. Das heißt, sie sitzen an der Grenzfläche zwischen diesem Metallsulfid und der Umgebung und lösen dort dieses Metallsulfid in seine Bestandteile auf und gewinnen dabei die verfügbare Energie, die sie dann für ihren Stoffwechsel nutzen."
Nebenbei setzen sie die Metalle frei, die anschließend aus der schwefelsauren Lösung herausgeholt werden. Axel Schippers:
"Da gibt es eine Mine in Finnland, Talwiwara, letztendlich produzierte diese Mine mithilfe von Mikroorganismen im Rahmen einer Haldenbiolaugung bereits andere Metalle als Kupfer, nämlich auch Kobalt und Nickel und Zink sind dort auch im Fokus. Und dies ist ein sehr interessantes Projekt, das leider diesen Sommer ein bisschen in Schwierigkeiten geraten ist, weil dort aufgrund von Starkregenfällen die Produktion runtergefahren werden musste, und es kam auch zu Problemen mit der Umwelt."
Mit schwefelsäurebelasteten Abwässern gerieten Uran und andere toxische Metalle in die Umwelt. Das Leck konnte nur mit Hilfe der Armee und Freiwilliger gestopft und größere Umweltschäden durch eine Kalkdüngung der Gewässer verhindert werden. Solche Unfälle seien jedoch nicht die Regel. Wolfgang Sand:
"Die Haldenlaugung, wie sie zum Beispiel in Australien in großem Maßstab durchgeführt wird, dort hat man diese Halden und weiß, was man da tun muss. Probleme gibt es sicherlich in Entwicklungsländern, in denen die Behörden nicht in der Lage sind, entsprechende Maßnahmen durchzusetzen."
Besser kontrollierbar, schneller und effizienter ist die sogenannte Tanklaugung, die derzeit hauptsächlich für Gold eingesetzt wird. Aber sie ist teurer, weil ein Bioreaktor mit Rührung, Belüftung, Heizung und Kühlung aufgebaut und betrieben werden muss:
"Dort werden klassisch, wie im Bergbau-Aufbereitungsverfahren, Konzentrate hergestellt, und diese Konzentrate werden dann einer Biooxidation, wie es technisch heißt, in solchen Tanks zugeführt: Die Metallsulfide werden ähnlich wie bei der Biolaugung umgesetzt."
Diese Tanklaugung bietet sich jedoch auch an, um Wertstoffe aus Elektroschrott und Industrieabfällen zu holen. Das funktioniert derzeit allerdings erst im Labormaßstab.
"Zusätzlich kommt hinzu: Sie haben sehr niedrige Nährstoffansprüche, sie brauchen eigentlich nur mineralische Nährstoffe aus der Umwelt, Salze oder Ähnliches. Darüber hinaus sind sie extrem schwermetallresistent."
Diese Bakterien ertragen noch 100 Gramm Kupfer oder Zink pro Liter Wasser: Für die meisten anderen Lebewesen wäre das tödlich. Selbst Kadmium, Arsen oder Blei machen ihnen nichts aus. Ihre ungewöhnlichen Vorlieben bringen ihnen seit Jahrzehnten das Interesse der Industrie ein, schließlich lassen sich mit ihrer Hilfe Metalle aus schwefelhaltigen Erzen holen. Axel Schippers von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover:
"Heute wird überwiegend Kupfer gewonnen mithilfe dieses Verfahrens Biomining. Schwerpunktland ist da Chile neben einigen anderen Ländern wie Peru, USA und auch Australien, Südafrika, das sind Länder, in denen diese Technologie heute schon eingesetzt wird."
In der Kupfergewinnung wird Biomining breit eingesetzt, weil sich so Erze mit geringem Metallgehalt profitabel ausbeuten lassen. Dabei werden die gebrochenen Steine zu kompliziert aufgebauten Halden geschichtet, die mehr als 100 Meter hoch sein können und eine Fläche von vielen Quadratkilometern haben. Diese Halden müssen sorgfältig von der Umwelt isoliert werden: Schließlich sickern durch die an der Oberfläche verlegten Leitungen schwefelsaure Lösungen in den Haldenkörper und durchdringen ihn. Nur dann herrschen dort die Bedingungen, die die extremen Mikroorganismen brauchen. Wolfgang Sand:
"Die Organismen setzen sich auf die Oberfläche dieser Metallsulfide fest und beginnen dort ihre Auflösung. Das ist also so, als ob wir Nahrung finden und anfangen zu essen, sie in Stücke zu zerlegen und dann aufzunehmen. Das gleiche machen die Organismen. Das heißt, sie sitzen an der Grenzfläche zwischen diesem Metallsulfid und der Umgebung und lösen dort dieses Metallsulfid in seine Bestandteile auf und gewinnen dabei die verfügbare Energie, die sie dann für ihren Stoffwechsel nutzen."
Nebenbei setzen sie die Metalle frei, die anschließend aus der schwefelsauren Lösung herausgeholt werden. Axel Schippers:
"Da gibt es eine Mine in Finnland, Talwiwara, letztendlich produzierte diese Mine mithilfe von Mikroorganismen im Rahmen einer Haldenbiolaugung bereits andere Metalle als Kupfer, nämlich auch Kobalt und Nickel und Zink sind dort auch im Fokus. Und dies ist ein sehr interessantes Projekt, das leider diesen Sommer ein bisschen in Schwierigkeiten geraten ist, weil dort aufgrund von Starkregenfällen die Produktion runtergefahren werden musste, und es kam auch zu Problemen mit der Umwelt."
Mit schwefelsäurebelasteten Abwässern gerieten Uran und andere toxische Metalle in die Umwelt. Das Leck konnte nur mit Hilfe der Armee und Freiwilliger gestopft und größere Umweltschäden durch eine Kalkdüngung der Gewässer verhindert werden. Solche Unfälle seien jedoch nicht die Regel. Wolfgang Sand:
"Die Haldenlaugung, wie sie zum Beispiel in Australien in großem Maßstab durchgeführt wird, dort hat man diese Halden und weiß, was man da tun muss. Probleme gibt es sicherlich in Entwicklungsländern, in denen die Behörden nicht in der Lage sind, entsprechende Maßnahmen durchzusetzen."
Besser kontrollierbar, schneller und effizienter ist die sogenannte Tanklaugung, die derzeit hauptsächlich für Gold eingesetzt wird. Aber sie ist teurer, weil ein Bioreaktor mit Rührung, Belüftung, Heizung und Kühlung aufgebaut und betrieben werden muss:
"Dort werden klassisch, wie im Bergbau-Aufbereitungsverfahren, Konzentrate hergestellt, und diese Konzentrate werden dann einer Biooxidation, wie es technisch heißt, in solchen Tanks zugeführt: Die Metallsulfide werden ähnlich wie bei der Biolaugung umgesetzt."
Diese Tanklaugung bietet sich jedoch auch an, um Wertstoffe aus Elektroschrott und Industrieabfällen zu holen. Das funktioniert derzeit allerdings erst im Labormaßstab.