Joey Kyber / Pixel, CC BY-SA
Biomining ist die Technik, die Science-Fiction verspricht: ein riesiger Tank voller Mikroorganismen, die Metall aus Erz, alten Mobiltelefonen und Festplatten auslaugen.
Es klingt futuristisch, aber es wird derzeit verwendet, um ungefähr 5% des weltweiten Gold- und Goldpreises zu produzieren 20% des weltweiten Kupfers. In geringerem Umfang wird es auch zur Gewinnung von Nickel, Zink, Kobalt und Seltenen Erden verwendet. Das vielleicht aufregendste Potenzial ist jedoch die Gewinnung von Elementen der Seltenen Erden, die von Mobiltelefonen bis hin zur Technologie für erneuerbare Energien von entscheidender Bedeutung sind.
Die Mary Kathleen-Mine, eine erschöpfte Uranmine im Nordwesten von Queensland, enthält geschätzte 4 Milliarden A $ an Seltenerdelementen. Biomining bietet eine kostengünstige und umweltfreundliche Option, um dieses Problem zu lösen.
Biomining ist so vielseitig, dass es auf anderen Planetenkörpern eingesetzt werden kann. Bioleaching-Studien Auf der Internationalen Raumstation haben Mikroorganismen aus extremen Umgebungen auf der Erde gezeigt, dass sie eine Vielzahl wichtiger Mineralien und Metalle aus Gesteinen auslaugen können, wenn sie der Kälte, Hitze, Strahlung und dem Vakuum des Weltraums ausgesetzt sind.
Einige Wissenschaftler glauben sogar ohne die hilfe von biomining-technologien können wir keine anderen planeten kolonisieren.
Wie funktioniert es?
Mikroorganismen in Tanks lösen die Mineralien aus jeglichem Ausgangsmaterial. Mit freundlicher Genehmigung des Pacific Northwest National Laboratory.
Die Biominierung erfolgt in großen, geschlossenen Rührkesselreaktoren (Bioreaktoren). Diese Geräte enthalten im Allgemeinen Wasser, Mikroorganismen (Bakterien, Archaeen oder Pilze), Erzmaterial und eine Energiequelle für die Mikroben.
Die benötigte Energiequelle hängt von der spezifischen Mikrobe ab, die für den Job erforderlich ist. Beispielsweise werden Gold und Kupfer mithilfe von Mikroorganismen, die über die Oxidation von Schwefel und Eisen Energie aus anorganischen Quellen gewinnen können, biologisch aus sulfidischen Erzen „ausgelaugt“.
Seltenerdelemente werden jedoch aus nicht sulfidischen Erzen unter Verwendung von Mikroorganismen, die eine organische Kohlenstoffquelle benötigen, biologisch ausgelaugt, da diese Erze keine verwendbare Energiequelle enthalten. In diesem Fall werden Zucker zugesetzt, damit die Mikroben wachsen können.
Alle lebenden Organismen benötigen Metalle, um grundlegende Enzymreaktionen durchzuführen. Der Mensch bezieht seine Metalle aus den Spuren seiner Nahrung. Mikroben erhalten jedoch Metalle, indem sie sie aus den Mineralien in ihrer Umgebung lösen. Dazu produzieren sie organische Säuren und metallbindende Verbindungen. Wissenschaftler nutzen diese Eigenschaften aus, indem sie Mikroben in Lösung mit Erzen mischen und das Metall sammeln, während es nach oben schwimmt.
Die Temperatur, der Zucker, die Geschwindigkeit, mit der der Tank gerührt wird, der Säuregehalt, der Kohlendioxid- und der Sauerstoffgehalt müssen überwacht und genau abgestimmt werden, um optimale Arbeitsbedingungen zu gewährleisten
Die Vorteile von Biomining
Traditionelle Bergbaumethoden erfordern aggressive Chemikalien, viel Energie und produzieren viele Schadstoffe. Im Gegensatz dazu verbraucht Biomining wenig Energie und produziert nur wenige mikrobielle Nebenprodukte wie organische Säuren und Gase.
Weil es billig und einfach ist, können bei der Biominierung minderwertige Metallquellen (z. B. Abraumhalden) effektiv genutzt werden, die mit herkömmlichen Methoden nicht wirtschaftlich wären.
Länder wie Finnland, Chile und Uganda wenden sich zunehmend der Biominierung zu. Chile hat einen Großteil seiner kupferreichen Erze erschöpft und nutzt nun Biomining, während Uganda seit über einem Jahrzehnt Kobalt aus Kupferminenabfällen gewinnt.
Warum brauchen wir Seltenerdelemente?
Zu den Seltenerdelementen gehören die Gruppe der 15-Lanthanoide am Ende des Periodensystems sowie Scandium und Yttrium. Sie sind in nahezu allen Elektronikbereichen weit verbreitet und werden zunehmend von der Elektrofahrzeug- und der erneuerbaren Energiebranche nachgefragt.
Die einzigartigen atomaren Eigenschaften dieser Elemente machen sie als Magnete und Leuchtstoffe nützlich. Sie werden als starke leichte Magnete in Elektrofahrzeugen, Windkraftanlagen, Festplatten, medizinischen Geräten und als Leuchtstoffe in energieeffizienten Beleuchtungen sowie in LEDs von Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und Laptops verwendet.
Trotz ihres Namens sind seltene Erdenelemente nicht selten und einige sind in der Tat häufiger als Kupfer, Nickel und Blei in der Erdkruste. Im Gegensatz zu diesen Primärmetallen, die Erze bilden (ein natürlich vorkommendes Mineral oder Gestein, aus dem eine nützliche Substanz leicht gewonnen werden kann), sind Seltenerdelemente weit verbreitet. Aus wirtschaftlichen Gründen werden sie in der Regel neben Primärmetallen wie Eisen und Kupfer als Nebenprodukte abgebaut.
Über 90% der weltweit seltenen Erden stammen aus China, wo Produktionsmonopole, Handelsbeschränkungen und illegaler Bergbau die Preise in die Höhe getrieben haben dramatisch schwanken über die Jahre.
Die meisten erneuerbaren Energietechnologien hängen von Seltenerdmetallen ab. Pixabay
Berichte von der US Department of Energy, Europäische Unionund der US-Geheimdienstkommission haben mehrere Seltenerdelemente aufgrund ihrer Bedeutung für die Energieeinsparung, ihres hohen Versorgungsrisikos und des Mangels an Ersatzstoffen als kritische Materialien eingestuft.
Diese Berichte fördern die Erforschung und Entwicklung alternativer Bergbaumethoden wie Biomining als potenzielle Minderungsstrategie.
Auf diese Anrufe reagieren die Labors in Curtin und Berkeley Die Universitäten haben Mikroorganismen verwendet, um übliche seltene Erden tragende Mineralien aufzulösen. Diese Pilotstudien haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt, wobei die Extraktionsraten denen herkömmlicher Bergbaumethoden näher kamen.
Da die meisten elektronischen Geräte eine notorisch kurze Lebensdauer und eine schlechte Recyclingfähigkeit haben, experimentieren die Labors mit „urbaner“ Biomine. Zum Beispiel haben Bioleaching-Studien Erfolge in Extrahieren von Seltenerdelementen aus dem Leuchtstoffpulver Auskleidung fluoreszierender Globen und die Verwendung von Mikroorganismen zum Recyceln von Seltenerdelementen aus Elektronikabfällen wie z Festplattenmagnete.
Die Seltenerdelemente sind entscheidend für die Zukunft unserer Technologie. Biomining bietet eine Möglichkeit, diese wertvollen Ressourcen auf eine Weise zu erhalten, die sowohl umweltverträglich als auch wirtschaftlich ist.
Über den Autor
Marcos Voutsinos, Doktorand, Geomikrobiologie, University of Melbourne
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.
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