ETH-Forschende gewinnen das Edelmetall aus Elektroschrott. Ihre neue Methode ist besonders nachhaltig: Sie basiert auf einem Proteinfaserschwamm, den die Wissenschaftler aus Molke herstellen, einem Nebenprodukt der Lebensmittelindustrie.
Unedles in Gold zu verwandeln, war eines der nie erreichten Ziele der Alchemisten im Mittelalter und der frühen Neuzeit. Unter dasselbe Motto fällt aber auch das, was Raffaele Mezzenga, Professor am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie der ETH Zürich, nun geschafft hat. Natürlich hat er nicht ein anderes chemisches Element in Gold verwandelt, wie es die Alchemisten versuchten. Aber es ist ihm gelungen, mithilfe eines Nebenprodukts aus der Käseherstellung aus Elektroschrott Gold zu gewinnen.
Elektroschrott enthält verschiedene wertvolle Metalle, darunter Kupfer, Kobalt und auch relevante Mengen an Gold. Dieses aus ausgedienten Smartphones und Computern zurückzugewinnen, ist wegen der steigenden Nachfrage nach dem Edelmetall von grossem Interesse. Bisherige Verfahren zur Rückgewinnung sind allerdings energieintensiv und benötigen oft hochgiftige Chemikalien. Die Gruppe von ETH-Professor Mezzenga präsentiert nun eine sehr effiziente, kostengünstige und vor allem viel nachhaltigere Methode: Mit einem Schwamm aus einem Proteingeflecht ist es ihr gelungen, Gold aus Elektroschrott herauszufischen.
Selektive Gold-Aufnahme
Für die Herstellung des Schwammes nutzten Mohammad Peydayesh, Oberassistent in Mezzengas Gruppe, und seine Kollegen Molkenproteine. Diese denaturierten sie bei grosser Hitze und mit Säure, sodass sie in einem Gel zu Protein-Nanofasern aggregierten. Dieses Gel trockneten die Wissenschaftler, wodurch ein Schwamm aus diesen Proteinfasern entstand.
Um im Laborversuch Gold zurückzugewinnen, nahmen die Forschenden die Elektronikleiterplatten von 20 alten Computern und entfernten die Metallteile. Diese lösten sie in einem Säurebad auf, sodass die Metalle darin als Ionen vorlagen.
Legten die Forschenden den Proteinfaserschwamm in die Metallionen-Lösung, lagerten sich die Gold-Ionen an die Proteinfasern an. Auch andere Metall-Ionen können sich an die Fasern anlagern, Gold-Ionen lagern sich jedoch viel effizienter an als diese. Das zeigen die Forschenden in ihrer Arbeit, die sie in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht haben.
In einem nächsten Schritt erhitzten die Forschenden den Schwamm. Dadurch kristallisierten die Gold-Ionen zu Flocken, die die Wissenschaftler schliesslich zu einem Goldnugget einschmelzen konnten. So erhielten sie aus den 20 Computer-Leiterplatten ein rund 450 Milligramm schweres Nugget mit einem Anteil von 91 Prozent Gold an der Gesamtmasse (der Rest ist Kupfer), was knapp 22 Karat entspricht.
Wirtschaftlich rentabel
Die neue Technologie ist wirtschaftlich, wie Mezzenga vorrechnet: Die Kosten für die Beschaffung der Ausgangsmaterialen und die Energiekosten des ganzen Prozesses sind zusammen 50-mal geringer als der Wert des Goldes, das zurückgewonnen werden kann.
Als Nächstes wollen die Forschenden die Technologie zur Marktreife entwickeln. Auch wenn Elektroschrott das vielversprechendste Ausgangsprodukt ist, aus dem sie Gold schürfen möchten, gibt es noch weitere mögliche Quellen. Dazu gehören zum Beispiel Industrieabfälle aus der Mikrochip-Herstellung oder von Vergoldungen. Ausserdem wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob sie die Proteinfaserschwämme auch aus anderen proteinhaltigen Neben- oder Abfallprodukten der Lebensmittelindustrie herstellen können.
«Am besten gefällt mir, dass wir ein Nebenprodukt der Lebensmittelindustrie verwenden, um Gold aus Elektroschrott zu gewinnen», sagt Mezzenga. Man könne also zurecht sagen, dass die Methode zwei Abfallstoffe zu Gold veredelt. «Viel nachhaltiger geht es nicht.»
Literaturhinweis
Peydayesh M, Boschi E, Donat F, Mezzenga R: Gold Recovery from E-Waste by Food-Waste Amyloid Aerogels. Advanced Materials 2024, 2310642, doi:10.1002/adma.202310642