Prof. Schild und sein Kollegen Wadih Rassy, MSc, im Lab. ©ecoplus_Hires

Effizientes Recyclingverfahren für seltene Erden durch Biolaugung und Bioakkumation

Publiziert

Gemeinsame Forschung der Boku Tulln und der IMC University of Applied Sciences Krems zeigt grosses Potenzial bei der Rückgewinnung von Wertstoffen aus Elektronikschrott. Bis zu 85% Rückgewinnung Seltener Erden im Labor erzielt.

Eine Forschungskooperation zwischen Boku Tulln und IMC University of Applied Sciences Krems nutzt die Weiterentwicklung von Biolaugung und Bioakkumulation für die Entwicklung eines zweistufigen, umweltfreundlichen und nachhaltigen Verfahrens zur Rückgewinnung Seltener Erden. Bei dem Bioakkumulationsschritt konnten bis zu 85% Metallrückgewinnungsraten aus Elektronikschrott erzielt werden. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Kombination der biotechnologischen Verfahren. Die vielversprechenden Grundlagen für diese in Entwicklung befindlichen Methoden wurden kürzlich im renommierten Fachjournal Frontiers in Microbiology veröffentlicht.

Die in den letzten Jahren stark gestiegene Nachfrage nach Elektronik, die in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, Elektrofahrzeugen und Computern, Verwendung finden, hat zu einer Zunahme von Abfällen geführt, die Seltene Erden enthalten. Der Grossteil landet immer noch ungenutzt auf Deponien, obwohl Seltene Erden eine wichtige Rohstoffquelle sind und von der EU sogar als kritische Rohstoffe klassifiziert wurden. Aus diesem Grund wird intensiv an effizienten Methoden zur Rückgewinnung geforscht. Im Vergleich zu anderen Methoden stellen die auf Mikrobiologie basierenden Methoden Biolaugung und Bioakkumulation eine vielversprechende „grüne“ alternative Technologie zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe aus Elektronikschrott dar. Sie ist kosteneffektiv, erzeugt keine gefährlichen oder umweltschädlichen Folgeabfälle und verbraucht weniger Energie. Die grundlegenden Prinzipien der Methoden beruhen auf der Säureproduktion durch bestimmte Mikroorganismen, die in der Lage sind bestimmte Metalle, wie Eisen, Kupfer oder Aluminium aus dem Elektronikschrott zu „laugen“. Diese Metalle stören den Aufnahmeprozess der wertvollen Seltenen Erden in der darauffolgenden Bioakkumulation. Beide Methoden sind bereits seit längerem bei den beiden Partnern Boku Tulln und IMC University of Applied Sciences Krems Forschungsthemen, nun haben sich die Forschungsteams zu einer vielversprechenden Kooperation zusammengeschlossen und die Expertisen zu kombinieren.

„Von nichts kommt nichts": Training für Mikroben

Neben den Forscher gab es in den aktuellen Studie, die zu der gemeinsamen Technolgie zusammengefasst werden, nämlich noch eine ganze Reihe weiterer Hauptakteure, die für den Biolaugungsprozess verantwortlich waren: Bakterien verschiedener Arten. Für die biologische Laugung werden zum Beispiel Acidithiobacillus thiooxidans und Alicyclobacillus disulfidooxidans verwendet, die ursprünglich aus einem sauren Bergbausee (pH 2,6) in Tschechien stammten und dann im Labor gemischt kultiviert wurden. Diese acidophilen und chemolithotrophen Organismen gedeihen hervorragend in saurer Umgebung und beziehen ihre Energie aus der Oxidation von anorganischen Verbindungen. Für die Bioakkumulation konnte sich Escherichia coli, das allseits bekannte Darmbakterium, als erfolgreichster Anreicherer von Seltenen Erden durchsetzen.

Die Herausforderung in der Praxis besteht für das Anreicherungsverfahren, mit dem Seltene Erden rückgewonnen werden können, vor allem im dem hohen Gehalt anderer für Elektroschrott typischer Metalle. Speziell Eisen, Kupfer und Aluminium stören den biotechnologischen Prozess. Um alle Möglichkeiten, dieses Problem zu bewältigen auszuschöpfen, fanden die Forscher eine weitere innovative Option – nämlich „Training“ der Mikroben. Mit Hilfe eines am IST-Klosterneuburg entwickelten Gerätes namens Morbidostat, werden die Organismen schrittweise an höhrere Metallkonzentrationen gewöhnt. Dabei muss aber speziell für die Bioakkumulation behutsam vorgegangen werden, damit die Organismen nicht ihre Fähigkeit zur Anreicherung der Wertstoffe verlieren.

In Stufen zur Effizienz

Die aktuell angewandten Methoden zur Gewinnung Seltener Erden basieren auf chemischen Verfahren, die mit der Entstehung umweltschädlicher Nebenprodukte und der Generierung neuer Problemstoffe einhergehen. Eine Kombination biotechnologischer Verfahren weist gegenüber chemischen Methoden klare Vorteile auf, da sowohl die Laugung als auch die Akkumulation in den Zellen der Bakterien umweltfreundlich und nachhaltig sind und in keiner Phase des Prozesses gefährliche oder umweltschädliche Stoffe entstehen. Allerdings sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die grossen Unterschiede in der Zusammensetzung von Elektroschrott zu überwinden. Auch bei einer Veränderung der Konzentration von störenden Metallen wie Aluminium, Eisen oder Kupfer muss die Technologie so funktionieren, dass die Ergebnisse reproduzierbar und zuverlässig sind.

Die Forscher von Boku und IMC Krems verfolgen dazu mehrere Strategien. Eine weitere Strategie ist die Gewöhnung der für die Biolaugung und Bioakkumulation verantwortlichen Bakterien an hohe Konzentrationen störender Metalle. Dies wird durch den Einsatz eines Systems namens Morbidostat ermöglicht. In diesem System werden die Mikroorganismen einer allmählich ansteigenden Konzentration von Störmetallen ausgesetzt, und anschliessend wird abgewartet, bis die Akkulturation einsetzt und die Organismen anfangen, weiter zu wachsen.

Zusammen mit der Konditionierung der Mikroorganismen werden Systeme getestet, die eine Verringerung der Konzentration von Störmetallen auslösen können. Zu den untersuchten Materialien gehören die sogenannten Ligninhydrogele, die an der Boku entwickelt wurden. Die Kombination dieser Strategien zielt darauf ab, die Effizienz und Nachhaltigkeit der innovativen Kombination von Biolaugung und Bioakkumulation zu gewährleisten, um eine neue, umweltfreundliche Methode für das Recycling der knappen Seltenen Erden zu entwickeln.

IMC Krems in Kürze

Das IMC Krems ist eine internationale Fachhochschule im Herzen Niederösterreichs. Sie ist mit 160+ Partneruniversitäten, weltweit über 1.000 Partnerunternehmen und über 3.000 Studierenden aus 90 Ländern an 2 österreichischen sowie mehr als 700 Studierenden an 5 internationalen Standorten eine Hochschule mit Schwerpunkten in der Internationalisierung, Praxisorientierung und der Innovation. Auch Nachhaltigkeit und Digitalisierung sind in der dynamischen, modernen Bildungseinrichtung zeitgemässe Fokusthemen über alle Studienprogramme hinweg. Derzeit werden 27 Vollzeit- bzw. berufsbegleitende Studiengänge (Bachelor & Master) und drei Lehrgänge in den Schwerpunkten Wirtschaftswissenschaften, Digitalisierung & Technik, Gesundheitswissenschaften und Life Sciences angeboten. Das IMC Krems arbeitet eng mit Forschung und Wirtschaft zusammen – aktuell laufen an der Fachhochschule zahlreiche Forschungsprojekte mit einem Gesamtvolumen von mehreren Millionen Euro. Mit den Vorlesungssprachen Englisch und Deutsch, Berufspraktika im In- und Ausland, internationalen Austauschprogrammen und Auslandssemestern werden Studierende bestens auf eine nationale oder internationale Karriere vorbereitet. Ausgezeichnet: Hohe Anerkennung über Österreichs Grenzen hinaus geniesst das IMC Krems durch diverse Auszeichnungen (CHE-Hochschulranking, IQNet und Quality Austria für erfüllte ISO-Standards, Diploma Supplement Label), Zertifikate (evalag), Mitgliedschaften (FHK, AACSB, EFMD, ÖAWI, EAIE) und Akkreditierungen von internationalen Organisationen. Die aktuellen Zahlen & Fakten finden Sie unter Facts & Figures.

Weitere Informationen unter www.prd.at

EVENTS

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

Bondexpo

Internationale Fachmesse für Klebetechnologie

Datum: 08.-11. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

Motek

Internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung

Datum: 08.-11. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Nürnberg (D)

EuroBLECH

International Technologiemesse für Blechbearbeitung

Datum: 22.-25. Oktober 2024

Ort: Hannover (D)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

formnext

Fachmesse für Additive Manufacturing und die nächste Generation der intelligenten industriellen Produktion

Datum: 09.-11. November 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 11.-14. November 2024

Ort: Düsseldorf (D)

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)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 26.-28. November 2024

Ort: Nürnberg (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Hardware

Schweizer Fachmesse für Werkzeuge und Eisenwaren

Datum: 12.-14. Januar 2025

Ort: Luzern (CH)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

BAUMAG Baumaschinen Messe

Schweizer Fachmesse für Baumaschinen, Baugeräte und Werkzeuge

Datum: 23.-26. Januar 2025

Ort: Luzern (CH)

glug.swiss

Der neue Treffpunkt für Bier- und Getränkeproduzierende | vom Profi bis zum Selbstvermarkter

Datum: 06.-07. Februar 2025

Ort: Aarau (CH)

LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für gedruckte Elektronik

Datum: 25.-27. Februar 2025

Ort: München (D)

GrindTec

Internationale Fachmesse für Werkzeugbearbeitung und Werkzeugschleifen

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Leipzig (D)

Zuliefermesse Z

Internationale Zuliefermesse für Teile, Komponenten, Module und Technologien

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Leipzig (D)

intec

Internationale Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Fertigungs- und Automatisierungstechnik

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Leipzig (D)

embedded world

Als internationale Weltleitmesse mit dem ausschließlichen Fokus auf Embedded-Technologien.

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Nürnberg (D)

Innoteq

Schweizer Fachmesse der Fertigungsindustrie

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Bern (CH)

ICE Europe

Weltweit führende Fachmesse für die Verarbeitung und Veredelung flexibler, bahnförmiger Materialien, wie Papier, Film, Folie und Vliesstoffe.

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: München (D)

CCE International

Europas wichtigster Branchenevent für die Wellpappen- und Faltschachtelindustrie.

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: München (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

Global Industrie

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

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Lyon (F)

ISH

Weltleitmesse für Wärme, Wasser und Luft

Datum: 17.-21. März 2025

Ort: Frankfurt am Main (D)

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)

Fastener Fair

Internationale Fachmesse für die Verbindungs- und Befestigungsbranche

Datum: 25.-27. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

emv

Internationale Fachmesse mit Workshop für Elektromagnetische Verträglichkeit

Datum: 25.-27. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 31. März.-04. April 2025

Ort: Hannover (D)

IFFA

Internationale Leitmesse – Technology for Meat and Alternative Proteins

Datum: 03.-08. Mai 2025

Ort: Frankfurt am Main (D)

Moulding Expo

Internationale Fachmesse Werkzeug-, Modell- und Formenbau

Datum: 06.-09. Mai 2025

Ort: Stuttgart (D)

Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 06.-09. Mai 2025

Ort: Stuttgart (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 06.-08. Mai 2025

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

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

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 03.-06. Juni 2025

Ort: Genf (CH)

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)

Swiss Medtech Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 09.-10. September 2025

Ort: Luzern (CH)

AM Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 09.-10. September 2025

Ort: Luzern (CH)

Schweissen & Schneiden

Die Schweissen & Schneiden ist die Weltleitmesse für Fügen, Trennen und Beschichten.

Datum: 15.-19. September 2025

Ort: Essen (D)

Drinktec Deutschland

Auf der Weltleitmesse der Getränke- und Liquid-Food-Industrie

Datum: 15.-19. September 2025

Ort: München (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

EMO Hannover

Weltleitmesse für Werkzeugmaschinen und Metallbearbeitung

Datum: 22.-26. September 2025

Ort: Hannover (D)

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)

parts2clean

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Datum: 07.-09. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

Schweisstec

Internationale Fachmesse für Fügetechnologie

Datum: 21.-24. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

Blechexpo

Erklärtes Ziel des Messeverbunds ist es, die gesamte Prozesskette der kaltumformenden Blechbearbeitung sowie der damit verbundenen thermischen oder mechanischen Schneid-, Füge- und Verbindungstechnik darzustellen.

Datum: 21.-24. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

productonica

Weltleitmesse für Entwicklung und Fertigung von Elektronik

Datum: 18.-21. November 2025

Ort: München (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

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)

Swissbau

Führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 20.-22. Januar 2026

Ort: Luzern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

Ble.ch

Die führende Fachmesse der Blech-, Metall- und Stahlbearbeitung in der Schweiz.

Datum: 11.-13. März 2026

Ort: Bern (CH)

wire Düsseldorf

Weltmarktführer und First Mover der Draht- und Kabelindustrie präsentieren ihre Innovationen in Maschinen, Anlagen und smarter Fertigung. Erleben Sie Innovationen.

Datum: 13.-17. April 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Tube

Weltweit wichtigste Messe der Rohr- und rohrverarbeitenden Industrie

Datum: 13.-17. April 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Moutier (CH)

IFAT

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

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

Optatec

Internationale Fachmesse für optische Technologien, Komponenten und Systeme

Datum: 05.-07. Mai 2026

Ort: Frankfurt (D)

GrindingHub

Mit der GrindingHub entsteht das internationale Drehkreuz für Schleiftechnologie und Superfinishing.

Datum: 05.-08. Mai 2026

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 20.-21. Mai 2026

Ort: Zürich (CH)

CastForge

Fachmesse für Guss- und Schmiedeteile mit Bearbeitung

Datum: 09.-11. Juni 2026

Ort: Stuttgart (D)

MedtecLIVE with T4M

Fachmesse für die gesamte Wertschöpfungskette der Medizintechnik

Datum: 05.-07. Juni 2026

Ort: Stuttgart (D)

Stanztec

Fachmesse Stanztechnik

Datum: 16.-18. Juni 2026

Ort: Pforzheim (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 26.-27. August 2026

Ort: Zürich (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 14.-18. Juni 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

GIFA

International Giesserei-Fachmesse mit Technical Forum

Datum: 21.-25. Juni 2027

Ort: Düsseldorf (D)

NEWCAST

Internationale Fachmesse für Gussprodukte mit Newcast Forum

Datum: 21.-25. Juni 2027

Ort: Düsseldorf (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 2028

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis