Prof. Thomas Brück bei der Probenentnahme am Photobiorektor am Werner Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie. Diese Bioreaktoren nutzten die Forschenden, um Biomasse der untersuchten Cyanobakterien-Stämme zu produzieren (Andreas Heddergott / TUM).

Kreislaufwirtschaft von Seltenen Erden

Publiziert

Revolutionärer Durchbruch: Seltene Erden sind essenziel für zahllose Hightech-Anwendungen. Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es jetzt gelungen, diese Metalle mithilfe von bisher nicht untersuchten Bakterienstämmen aus wässriger Lösung zu recyceln.

Windkraftanlagen, Katalysatoren, Glasfaserkabel und Plasma-Bildschirme: Sie alle enthalten Seltene Erden. Da die 17 Metalle, die unter diesem Begriff zusammengefasst werden, für die modernen Technologien unentbehrlich sind, steigen die Nachfrage und die Kosten stetig. Das Vorkommen ergiebiger Abbaustätten ist begrenzt und die Produktion oft aufwändig und umweltschädlich. Die Vorteile, diese Ressourcen so effizient wie möglich zu recyceln, etwa aus Industrieabwässern in den Bereichen Bergbau, Elektronik oder chemische Katalysatoren, liegen also auf der Hand.
In Kooperation mit der Hochschule Kaiserslautern haben Forschende der TUM die Kreislaufwirtschaft der gefragten Metalle einen grossen Schritt weitergebracht: Sie untersuchten mehrere Stämme von Cyanobakterien auf ihr Potenzial, Seltene Erden aus wässriger Lösung zu binden – und hatten Erfolg. „Ein grosser Vorteil ist ausserdem, dass der Prozess reversibel ist“, erklärt Prof. Thomas Brück vom Werner Siemens-Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie der TUM. „Das bedeutet, wir können die Metalle auswaschen und die Biomasse wiederverwenden.“

Bakterien stammen aus extremen Lebensräumen
Brück und seine Kolleg:innen bestimmten das Potenzial für die sogenannte Biosorption der Seltenen Erden Lanthan, Cer, Neodym und Terbium für zwölf Stämme von Cyanobakterien. Die meisten dieser Stämme waren zuvor noch nie auf ihr biotechnologisches Potenzial hin untersucht worden. Sie stammen aus Lebensräumen mit extremen Umweltbedingungen wie den Wüsten Namibias, Natronseen im Tschad, Felsspalten in Südafrika oder verschmutzten Bächen in der Schweiz.
Wie die Wissenschaftler:innen im Laborversuch feststellten, können die untersuchten Cyanobakterien Mengen der Seltenen Erden adsorbieren, die bis zu zehn Prozent ihrer Trockenmasse entsprechen. Erstautor Michael Paper erklärt: „Die Biomasse aus Cyanobakterien weist einen hohen Anteil an Zuckerverbindungen auf, die negative Ladungen tragen. Diese ziehen positiv geladene Metallionen an, die so an die Biomasse gebunden werden.“

Schnell und effizient
Die Forschenden konnten ausserdem beobachten, dass die Biosorption von Seltenen Erden durch Cyanobakterien selbst bei niedrigen Konzentrationen der Metalle möglich ist. Der Prozess ist zudem schnell: So wurde beispielsweise das meiste Cer in Lösung innerhalb von fünf Minuten nach Beginn der Reaktion gebunden.
Die Wissenschaftler:innen wollen nun in einem weiteren Projekt die Versuche in einem grösseren Massstab durchführen, um die industrielle Anwendung der Ergebnisse voranzubringen.

Literatur
Michael Paper, Max Koch, Patrick Jung, Michael Lakatos, Tom Nilges and Thomas B. Brück: Rare Earths Stick to Rare Cyanobacteria: Future Potential for Bioremediation and Recovery of Rare Earth Elements, Front. Bioeng. Biotechnol., Sec. Bioprocess Engineering, Volume 11 - 2023

EVENTS

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

CosmeticBusiness

Entdecken Sie innovative Verpackungslösungen für eine nachhaltige Zukunft der Kosmetikindustrie

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: München (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11.-14. Juni 2024

Ort: Genf (CH)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

GS1 Excellence Days

Informieren – Inspirieren – Vernetzen

Datum: 13. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25.-28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 12.-14. November 2024

Ort: Köln (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Lyon (F)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 31.März.-04. April 2025

Ort: Hannover (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis