RüBioM − Machbarkeitsstudie zur Rückgewinnung von Metallen mittels Biomining

Herausforderung

Mit ausgedienten Smartphones, Laptops und Fernsehern fallen weltweit jährlich Millionen Tonnen Elektronikschrott an. Sie enthalten wertvolle Rohstoffe, darunter auch die zu den Metallen gehörenden seltenen Erden. Bisher wird nur ein Bruchteil des Elektronikschrotts recycelt, der Rest verbrannt oder deponiert – mit teils gravierenden Folgen für Umwelt und Gesundheit. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Metallen wie Palladium und Neodym, die für die Herstellung von Elektronik, Elektromotoren und Windkraftanlagen unverzichtbar sind. Dabei ist die Versorgung mit diesen Metallen häufig unsicher, da sie nur in wenigen Ländern abgebaut werden und geopolitischen Risiken unterliegen.

Ziele und Vorhaben

Ziel der Machbarkeitsstudie RüBioM war es, biologische Prozesse wie Bioleaching und Biosorption für das Recycling von Metallen aus Elektroschrott zu untersuchen. Für die Freisetzung von Metallen werden sogenannte Bioleaching-Prozesse eingesetzt. Verschiedene Mikroorganismen produzieren dabei Säuren, mit denen sich Metalle wie Palladium oder Neodym aus dem Material lösen lassen. Für die Rückgewinnung der gelösten Metallionen kommen Biosorptionsprozesse zum Einsatz: Spezifische Mikroalgen sind dabei in der Lage, diese aufzunehmen und wirken damit wie ein biologischer Schwamm bzw. Filter. 

Im Rahmen des Projekts RüBioM wurden verschiedene Mikroorganismen und Algen getestet, um herauszufinden, welche besonders gut für das Metallrecycling geeignet sind. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere Palladium durch biologische Verfahren effektiv mobilisiert werden kann. In Labortests wurde mit speziellen Bakterien eine Freisetzungsrate von über 13 Prozent erreicht – deutlich mehr als mit chemischen Methoden, die ebenfalls im Projekt betrachtet wurden. Algen zeigten eine hohe Aufnahmefähigkeit: Über 30 Prozent des gelösten Palladiums konnten sie aus der Lösung entfernen.

Bei Neodym hingegen war die biologische Rückgewinnung schwieriger. Hier schnitten chemische Verfahren noch besser ab, doch auch erste biologische Ansätze zeigten Potenzial.

Skalierung in Festbettumlaufreaktor

In einem Festbettumlaufreaktor (FBUR), bei dem das Festbett aus Partikeln mit immobilisierter Biomasse periodisch umgewälzt wird, wurde das Verfahren im größeren Maßstab getestet. Auch hier konnte Palladium erfolgreich mobilisiert werden, wenn auch mit Herausforderungen wie Biofilmbildung und ungleichmäßiger Durchströmung. Dennoch zeigt der Versuch, dass Biomining nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch in Richtung industrieller Anwendung weiterentwickelt werden kann.

Auswirkung: Biobasiertes Metall-Recycling ist nachhaltig und reduziert Abhängigkeit von Importen

In einer Welt, die zunehmend auf digitale Technologien angewiesen ist, steigt der Bedarf an seltenen und wertvollen Metallen stetig. Gleichzeitig wächst das Bewusstsein für Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung. Biomining bietet hier eine Lösung, die beide Aspekte miteinander verbindet: Es ermöglicht die Rückgewinnung kritischer Rohstoffe aus Abfallströmen, reduziert die Abhängigkeit von Importen und schont die Umwelt.

Darüber hinaus eröffnet es neue Perspektiven für die Kreislaufwirtschaft, in der Produkte nicht mehr einfach entsorgt, sondern als Rohstoffquelle betrachtet werden. So bieten Biomining-Prozesse die Möglichkeit, bestehende Recyclingprozesse zu ergänzen oder zu verbessern, etwa durch die gezielte Rückgewinnung von Metallen, die mit herkömmlichen chemischen Verfahren schwer zu extrahieren sind.

Ausblick

Für einen technischen Einsatz müssen die Verfahren weiter optimiert, skaliert und wirtschaftlich bewertet werden. Es gilt, die besten Mikroorganismen zu identifizieren, ihre Kultivierungsbedingungen zu verbessern und die Prozesse so zu gestalten, dass sie auch im industriellen Maßstab funktionieren.