Aus Elektroschrott Neues Recyclingverfahren für Seltene Erden entwickelt

Seltene Erden sind für die Produktion von zahlreichen Elektrobauteilen unersetzbar. Ein Protein könnte dafür sorgen, dass die begehrten Metalle irgendwann gar nicht mehr so rar sind.
Elektroschrott in der Halle einer Recyclingfirma (in Lünen, Nordrhein-Westfalen 2018)

Elektroschrott in der Halle einer Recyclingfirma (in Lünen, Nordrhein-Westfalen 2018)

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Marcel Kusch/ DPA

Ausgediente Elektrogeräte hat fast jeder zu Hause. Die Deutschen lagern laut einer Schätzung allein rund 200 Millionen alte Handys oder Smartphones.

Dabei haben die Altgeräte durchaus noch einen Wert – beispielsweise durch die darin enthaltenen Stoffe wie Seltene Erden. Die Metalle kommen bei einer Reihe von elektronischen Produkten zum Einsatz: bei Plasmabildschirmen, speziellen Magneten oder Akkus. Sie sind also eine Schlüsselkomponente für Zukunftstechnologien wie Elektroautos oder erneuerbare Energien und dort bisher unersetzbar. Und: Seltene Erden sind begehrte Rohstoffe, sie müssen aus Erzen gewonnen und durch aufwendige Trennverfahren separiert werden. Hauptexporteur ist China. Das Land hat schon häufiger damit gedroht, die Ausfuhr der Metalle zu beschränken.

Forscher arbeiten deshalb schon länger an Recycling-Verfahren für die Metalle. Eine Gruppe von Wissenschaftlern um Dan Park vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien stellt nun in der Fachzeitschrift »ACS Central Science«  eine Methode in Aussicht, bei der ein natürliches Protein bei der Wiedergewinnung helfen könnte.

Es geht dabei um Lanmodulin, es stammt aus Bakterien, die Methanol verstoffwechseln können und die etwa in Faulschlämmen vorkommen. Das Protein besitzt aber auch die Eigenschaft, außergewöhnlich gut an wertvolle Metallionen binden zu können, darunter auch die Elemente Cer und Neodym. Das nach dem Zwergplaneten Ceres benannte Element wurde zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckt und wird unter anderem für die Produktion von Leuchtdioden oder Bildröhren verwendet. Neodym zählt ebenfalls zu den Seltenen Erden und wird für Magneten, etwa in Festplatten, oder zum Antrieb von Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt. Allerdings sind diese Elemente von anderen schwer zu trennen. Das gelang aber nun den Forschern, indem sie wässrige Lösungen der Elemente über ein Trägermaterial schickten, auf welchem Lanmodulin immobilisiert war. Nur die Seltenen Erden wurde zurückgehalten, während andere Elemente nicht gebunden wurden.

Für das Recycling von Seltenen Erden könnte das Verfahren einen erheblichen Fortschritt darstellen, da man die gewünschten Substanzen so leichter von Altmetallen aus ausgedienten Elektronikbauteilen trennen könnte. Für industrielle Verfahren bietet das Lanmodulin einige Vorteile, da es recht widerstandsfähig ist und sowohl hohe Temperaturen verträgt als auch niedrige pH-Werte – also auch in Säuren überdauern kann.

Hilfreich auch bei der Entwicklung von neuen Therapien

Das Protein könnte sogar bei sehr geringen Metallkonzentrationen eingesetzt werden, beispielsweise in kohlenstoffhaltiger Umgebung. Schon aus früheren Studien weiß man, dass Lanmodulin wohl gute Recyclingverfahren ermöglichen würde, die hohe Ausbeute versprechen. Zudem laufen die Extraktionsprozesse schnell ab.

Lanmodulin, das erst vor einigen Jahren entdeckt wurde, könnte deshalb auch in anderen Bereichen eingesetzt werden. Kürzlich war eine Studie in »Science Advances«  erschienen, die zeigte, dass das Protein auch das chemische Element Aktinium gut bindet. Das radioaktive Metall wird in der Medizin sowohl bei Bildgebungsverfahren als auch in therapeutischen Anwendungen eingesetzt. Es sei ein vielversprechender Kandidat für Krebstherapien der nächsten Generation, hieß es.

Bisher muss Aktinium aufwendig gereinigt werden, damit es weniger giftig für Patienten ist. Das Lanmodulin könnte die Reinigung verbessern und auch seine Rückgewinnung. Die Forscher fanden heraus, dass Lanmodulin im Vergleich zu klassischen Molekülen so effizient ist, dass es auch bei großen Mengen an Verunreinigungen durch Radium und Strontium oder körpereigene Elemente wie Kalzium, Zink und Kupfer an Aktinium bindet.

»Wir glauben, dass unsere Ergebnisse die Bereiche Metalltrennung und Biochemie vereinen und großes Potenzial haben, mehrere kritische Schritte in der medizinischen Chemie zu revolutionieren – von der Reinigung von Isotopen bis zur Verabreichung therapeutischer Dosen an Patienten«, sagte Studienleiter Joseph Cotruvo Jr.

joe
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