Metalle der Seltenen Erden sind begehrte Rohstoffe, die für viele technische Geräte benötigt werden. Es gibt aber nur wenige Orte, wo sie abgebaut und raffiniert werden, hauptsächlich in China. Forscher suchen nach alternativen Gewinnungsmethoden. Ein Team der University of California (UC) in Berkeley will Viren dazu einspannen.
Biomining nennt Seung-Wuk Lee das Verfahren, das er und sein in der Fachzeitschrift Nano Letters beschreiben. Dabei werde „ein programmierbares biologisches Werkzeug“ eingesetzt, um eine Aufgabe zu erfüllen, für die derzeit giftige Chemikalien und viel Energie erforderlich seien, sagte er. „Unsere Methode ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch unglaublich einfach und erfordert kaum mehr als einen Mischbehälter und eine Heizung.“
Für ihr Vorhaben setzen die Forscher Bakteriophagen ein. Das sind Viren, die Bakterien attackieren, aber für Menschen harmlos sind. Diese Phagen haben die Forscher gentechnisch so verändert, dass sie die Elemente der Seltenen Erden aus Wasser extrahieren.
Ein Peptid, sie zu binden
Dafür haben die Forscher zwei Proteine auf der Oberfläche angebracht: Das eine ist ein Lanthanid-bindendes Peptid, das dafür sorgt, dass sich das an Seltenen Erden im Wasser bindet.
Das andere Protein sorgt dafür, dass das Virus die Rohstoffe auch wieder loslässt. Es ist Elastin-Motiv-Peptid, das wie ein temperaturempfindlicher Schalter funktioniert: Wenn das Virus leicht erwärmt wird, fällt es zusammen mit seiner Fracht aus.
Die Forscher haben das Verfahren getestet, indem sie die Viren in einen Tank mit Grubenwasser zusetzten. Die Viren reagierten wie geplant: Sie banden sich ausschließlich an die Ionen der Seltenen Erden. Als das Wasser erwärmt wurde, sanken sie auf den Grund des Tanks. Nach dem Ablassen der Flüssigkeit blieb ein Bodensatz aus Viren und Metallen. Durch Veränderung von dessen pH-Wert gaben die Viren schließlich die Metalle der Seltenen Erden frei. Die Viren selbst waren danach wieder einsetzbar und waren dabei genauso leistungsfähig wie zuvor.
Verbreitete Seltene Erden
Tatsächlich sind die 17 Elemente, die zu den Metallen der Seltenen Erden gerechnet werden, gar nicht so selten: Ein Kilogramm Boden enthält im Schnitt 200 Milligramm davon. Das aber ist das Problem: Dass sie so gleichmäßig im Boden verteilt sind, macht die bergmännische Gewinnung schwierig, die sich nur bei hohen Konzentrationen lohnt.
Deshalb wird nach anderen Abbaumethoden gesucht, wie dem Biomining. Andere Forscher setzen auf Phytomining. Dabei spannen sie statt Viren Pflanzen dazu ein, die begehrten Rohstoffe aus der Erde zu gewinnen.
„Das ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines nachhaltigeren Bergbaus und einer nachhaltigeren Gewinnung von Rohstoffen“, sagte Lee. „Unsere biologische Lösung bietet eine umweltfreundlichere, kostengünstige und recycelbare Möglichkeit, die wichtigen Materialien zu sichern, die wir für eine Zukunft mit sauberer Energie benötigen, und dabei die Umwelt zu schützen.“
Das Team geht davon aus, dass sich die Viren auch beim Recycling von Elektroschrott einsetzen lassen.
(wpl)
English (US) ·