Rohstoffe aus der Lampe

Mit der Phagen Surface Display Technologie wird aus das elementspezifische Biomolekül ausgewählt. Das Biomolekül wird biotechnologisch hergestellt und auf einem kugelförmigen magnetischen Trägermaterial verankert. Die Biokollektoren binden das Zielelement
(c) HZDR/Franziska Lederer

Leschs Kosmos: Virales Recycling von Seltenen Erden aus Leuchtstofflampen.

Es ist kein Geheimnis, dass die Rohstoffvorkommen auf der Erde begrenzt sind. Deshalb sind innovative Lösungen für das Recycling gefragt. Forscher*innen des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Seltene Erden aus Leuchtstofflampen zurückgewinnen können. Den Schlüssel liefern Bakteriophagen: Viren, die vor allem Bakterien infizieren. Durch die Kombination mit einem speziellen magnetischen Trennungsverfahren ist es den Forscher*innen gelungen, Rohstoffe gezielt aus Stoffgemischen herauszufiltern und wiederzuverwenden. Die ZDF-Wissenschaftsreihe Leschs Kosmos widmet sich dem Thema inder nächsten Folge am 6. September 2022.

Es ist kein Geheimnis, dass die Rohstoff-Vorkommen auf der Erde begrenzt sind. Deshalb sind innovative Lösungen für das Recycling gefragt. Forscher*innen des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Seltene Erden aus Leuchtstofflampen zurückgewinnen können. Den Schlüssel zur gezielten Rückgewinnung der Seltenen Erden liefern Bakteriophagen: Viren, die vor allem Bakterien infizieren. Durch die Kombination mit einem speziellen magnetischen Trennungsverfahren ist es den Freiberger Forscher*innen gelungen, Rohstoffe gezielt aus Stoffgemischen herauszufiltern und wiederzuverwenden. Dieses innovative Recycling interessiert auch die ZDF-Wissenschaftsreihe Leschs Kosmos, die sich dem Thema in ihrer nächsten Folge am 6. September 2022 um 22:45 Uhr widmet.

Die zunehmende Technologisierung lässt den Bedarf an Rohstoffen drastisch steigen. Hinzu kommt die zunehmende Komplexität von elektronischen Geräten, für die Hightech-Materialien wie Seltene Erden nötig sind. Seltene Erden sind 17 verschiedene Metalle wie Lanthan, Cerium, Europium und Terbium, die wesentliche Bestandteile von Smartphones, Flachbildschirmen, Windkraftanlagen und Kompaktleuchtstofflampen sind. China ist Weltmarktführer für die Versorgung mit Seltenen Erden: es deckt 86 Prozent des weltweiten Bedarfs und sogar 98 Prozent des europäischen. Um diese Abhängigkeit zu reduzieren und die Umwelt zu entlasten, bedarf es innovativer Recycling-Technologien. Denn im Moment beträgt der Recyclinganteil von Seltenen Erden in der Europäischen Union gerade einmal acht Prozent. Doch gerade im Recycling von Altprodukten steckt ein hohes Potential.

Ausgediente Elektronikprodukte enthalten eine Vielzahl von wertvollen Elementen in sehr geringen Konzentrationen. Dazu zählen Kompaktleuchtstofflampen, die derzeit getrennt von anderem Elektronikschrott gesammelt werden, da das quecksilberhaltige Lampenpulver in speziellen Lagern aufbewahrt werden muss. Dieses Pulver enthält Leuchtstoff aus Bariummagnesiumaluminat, Ceriummagnesiumaluminat, Lanthanphosphat, Halophosphat und Yttriumoxid. Bis zum Jahr 2020 haben sich in der EU 25.000 Tonnen Leuchtpulver angesammelt. Darin enthalten sind 750 Tonnen Seltene Erden. In anderen Elektronik-Altprodukten wird von einem Anteil von 4.200 Tonnen ausgegangen. Deshalb haben HIF-Forscher*innen das Lampenpulver als Grundlage genommen, um exemplarisch zu zeigen, dass eine Wiedergewinnung der enthaltenen Elemente möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist. Für die Rückgewinnung setzen sie magnetische Separation basierend auf Biokollektoren ein. Die dafür erforderlichen Biomoleküle finden sie mit Hilfe der biologischen Technologie „Phage Surface Display“ (PSD) und stellen sie anschließend biotechnologisch her.

Biomoleküle binden Seltene Erden

Im Mittelpunkt der PSD-Methode stehen Bakteriophagen. Das sind Viren, die darauf spezialisiert sind, Bakterien zu infizieren. Mit Hilfe der PSD-Technologie wird aus Bakteriophagen mit einer Milliarde verschiedener Biomoleküle das geeignete, also elementspezifische Biomolekül ausgewählt. Im Anschluss wird dieses Biomolekül biotechnologisch hergestellt und auf einem kugelförmigen, magnetischen Trägermaterial verankert. Dadurch entstehen Biokollektoren, die in der Lage sind, ihr Zielelement spezifisch zu erkennen und zu binden.

„Die Biokollektoren können je nach Zielmaterial mit einem anderen Typ Biomolekül bestückt und zur selektiven Metallrückgewinnung aus diesen Gemischen eingesetzt werden. Durch gemeinsame Experimente mit Kolleginnen und Kollegen der HZDR-Institute für Ressourcenökologie und für Fluiddynamik sowie des Strahlenschutzes ist es uns gelungen, den Trennprozess in Richtung einer Anwendung voranzutreiben. Die durch Biokollektoren wiedergewonnenen Seltenen Erden können wir zukünftig zurück in den Kreislauf bringen, wodurch sich gleichzeitig das enorme Ausmaß an Sondermüll reduziert“, sagt die Leiterin der Nachwuchsgruppe BioKollekt, Dr. Franziska Lederer. Gemeinsam mit ihrem Team will die Chemikerin außerdem eine Technologieplattform für weitere Recyclingmaterialien aufbauen, um langfristig einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zu leisten.

Leschs Kosmos berichtet über innovative Recycling-Technologie
Die Wissenschaftssendung Leschs Kosmos des ZDF ist auf die Forschungsergebnisse von BioKollekt aufmerksam geworden und wird in ihrer nächsten Folge am 6. September 2022 um 22:45 Uhr darüber berichten.

Trailer Leschs Kosmos: https://www.zdf.de/wissen/leschs-kosmos/der-schatz-in-der-muelltonne-das-recycli…
Sendetermin: 06.09.2022, 22:45 Uhr, ZDF

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Franziska Lederer | Leiterin der Nachwuchsforschergruppe BioKollekt | Abteilung Biotechnologie
Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR
Tel.: +49 351 260 2427 | E-Mail: f.lederer@hzdr.de

http://www.hzdr.de/

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Anne-Kristin Jentzsch Kommunikation und Medien
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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