Biologisches Recycling von industriell bedeutsamen Edelmetallen

Platingruppenmetalle sind essentielle Rohstoffe für die Herstellung zahlreicher High Tech-Produkte – doch die Ressourcen sind knapp. Eine Möglichkeit, die Versorgung mit diesen wertvollen Rohstoffen zu sichern, ist das Recycling.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) entwickeln im Rahmen des Verbundforschungsprojekts NanoPOP innovative Verfahren zum mikrobiellen Recycling von strategischen Edelmetallen – insbesondere von Palladium, aber auch von Platin, Rhodium und Ruthenium. Darüberhinaus sollen durch nanobiotechnologische Prozesse gleichzeitig maßgeschneiderte Edelmetall-Nanokatalysatoren mit herausragenden katalytischen Eigenschaften produziert werden, die zum Abbau von problematischen langlebigen Organohalogenverbindungen genutzt werden können.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt NanoPOP mit rund einer Million Euro über drei Jahre, davon gehen etwa 520.000 Euro an die JLU. Den Bewilligungsbescheid hat Dr. Helge Braun, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung, heute in Gießen übergeben: „Wenn es gelingt, das Wirtschaftswachstum vom steigenden Ressourcenverbrauch und zunehmenden CO2-Ausstoß zu entkoppeln, können die globalen Herausforderungen gemeistert und der Wohlstand auch für die zukünftigen Generationen gesichert werden“, sagte Braun. „Ich freue mich sehr darüber, dass wir mit diesem interdisziplinären Nanobiotechnologie-Projekt höchst innovative und angewandte Forschung und gleichzeitig Technologieentwicklung an der JLU betreiben“, so der Vizepräsident für Wissenschaftliche Infrastruktur der Justus-Liebig-Universität, Prof. Dr. Peter Winker.

An dem Forschungsvorhaben beteiligt sind neben dem Institut für Angewandte Mikrobiologie
(Projektleiter: Dr. Michael Bunge) und dem Institut für Bodenkunde (Projektleiter: PD Dr. Rolf Alexander Düring) der JLU die Technische Universität Dresden, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ) in Leipzig, die Polytechnische Universität Tomsk (Russland), die Mesocosm GmbH in Homberg (Ohm) sowie die Rhenotherm GmbH in Kempen.

Platingruppenmetalle werden als Industriekatalysatoren in chemischen Prozessen, zur Reinigung von technischen Gasen, als Abgaskatalysatoren und in vielen weiteren Produkten der Automobil-, Elektronik-, und Medizinindustrie genutzt. Außerdem dienen sie zur Erzeugung und Speicherung alternativer Energien zum Beispiel in Solarzellen oder bei der Wasserstoffspeicherung in Brennstoffzellen. Die Entwicklung der Zukunftstechnologien hat die Nachfrage nach vielen Platingruppenmetallen verstärkt. Der ständig steigende Bedarf kann in Zukunft nicht mehr über die verfügbare Fördermenge aus den Minen gedeckt werden. Zudem schädigt die Bergbauförderung strategischer Metalle die Umwelt und ist auch politisch problematisch, da der Abbau teilweise in Bürgerkriegsgebieten in Afrika erfolgt.

Neben der effizienten Nutzung vorhandener Ressourcen ist daher ein vollständiges und nachhaltiges Recycling bzw. die Aufbereitung der Edelmetalle aus verschiedensten Industrieanwendungen nötig. Die derzeit verwendeten konventionellen pyrometallurgischen und hydrometallurgischen Recycling-Methoden sind jedoch wenig nachhaltig und mit hohem Energieaufwand bzw. dem Einsatz und der Freisetzung von giftigen Chemikalien verbunden. Im Rahmen von NanoPOP werden umweltfreundlichere „biometallurgische“ Recycling-Methoden entwickelt.

So sollen bei diesem Forschungsvorhaben Konzepte für ein nachhaltiges Recycling und eine ökonomisch wettbewerbsfähige Alternative für die Rückgewinnung von Edelmetallen aus metallhaltigen Abfällen und Abwässern erprobt werden. In dem nanobiotechnologischen Verfahren nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Schwermetall-tolerante Bakterien als „recycelbare“ Produzenten. Die Bakterien erzeugen gleichzeitig höchst aktive Nanokatalysatoren auf nachhaltigem Weg. Bei diesem biotechnologischen Prozess laufen mikrobielles Wachstum, Metallreduktion und Nanopartikel-Bildung simultan ab.

Die mit Hilfe von Bakterien produzierten Edelmetall-Nanopartikel sollen für die Entfernung von langlebigen Schadstoffen und pathogenen Mikroorganismen eingesetzt werden – ein Ansatz, der auf die Behandlung von Abwässern und auf Umweltsanierungsverfahren erweiterbar ist. Mit der Verwendung der hergestellten Materialien für neuartige Beschichtungstechniken und Edelmetall-beschichteten Keramikoberflächen und Nanofasern bleibt das Verfahren nicht auf chemische Technologien und Umwelttechnologien beschränkt. Es lässt sich auch für verschiedene andere industrielle Anwendungen nutzen, zum Beispiel in der Fahrzeugindustrie.

„Das Projekt wird neue Impulse für nachhaltige Strategien zur Sicherung der Rohstoffversorgung mit Edelmetallen und seltenen Erden geben“, sagt Projektleiter Dr. Michael Bunge vom Institut für Angewandte Mikrobiologie der JLU. „Dies ist wichtig, da die Versorgung mit diesen Rohstoffen in den nächsten Jahren von größter Bedeutung für die industrielle Entwicklung in Hochtechnologiebereichen sein wird.“

Kontakt:
Dr. Michael Bunge
Institut für Angewandte Mikrobiologie
Interdisziplinäres Forschungszentrum für biowissenschaftliche Grundlagen der Umweltsicherung (IFZ)
Heinrich-Buff-Ring 26-32, 35392 Gießen
Telefon: 0641 99-37354