{"id":86592,"date":"2021-03-25T06:55:25","date_gmt":"2021-03-25T05:55:25","guid":{"rendered":"http:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=https%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Fnews%2F1170297%2Fhightech-abfall-biologisch-recyceln.html%3FWT.mc_id%3Dca0065"},"modified":"2021-09-09T19:32:47","modified_gmt":"2021-09-09T17:32:47","slug":"hightech-abfall-biologisch-recyceln","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/hightech-abfall-biologisch-recyceln\/","title":{"rendered":"Hightech-Abfall biologisch recyceln"},"content":{"rendered":"

Gallium ist ein seltenes, aber in der High-Tech-Industrie viel verwendetes Metall. Dieser krasse Gegensatz macht Recycling unabdingbar. Bisherige Verfahren sind allerdings kostenintensiv und chemisch belastet. Biotechnologische Ans\u00e4tze nutzen daher Peptide, da sie in der Lage sind, metallische Partikel, Mineralien und Metallionen umweltschonend zu binden und gezielt voneinander zu unterscheiden. Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Instituts Freiberg f\u00fcr Ressourcentechnologie (HIF)<\/a> am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) konnten nun zeigen (DOI: 10.1016\/j.jhazmat.2021.125366<\/a>), dass sich ein Peptid-basiertes Material f\u00fcr die Gewinnung von Gallium aus Produktionsabw\u00e4ssern der Halbleiterindustrie verwenden l\u00e4sst.<\/strong><\/p>\n

\"Spezielle
Spezielle Peptidverbindungen in Form eines Filters agieren als biologische Angel, um Gallium aus Industrieabw\u00e4ssern herauszul\u00f6sen.
Abbildung: HZDR\/Sahnewei\u00df<\/figcaption><\/figure>\n

Unsere hochtechnologisierte Welt w\u00e4re ohne seltene Metalle nicht denkbar, denn sie stecken in vielen Ger\u00e4ten und Anlagen, die uns umgeben. Viele dieser Metalle kommen nat\u00fcrlich nur in geringen Mengen vor, au\u00dferdem sind sie schwer abzubauen, was gleichzeitig zu hohen Kosten f\u00fchrt. Deshalb spielt das Recycling eine umso wichtigere Rolle. Durch die R\u00fcckgewinnung der seltenen Metalle aus Industrieabw\u00e4ssern, Schlacken oder nicht mehr genutzten Ger\u00e4ten, k\u00f6nnen sie wieder in den Wertstoffkreislauf zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. HIF-Forscher*innen um Dr. Katrin Pollmann haben exemplarisch nachgewiesen, dass die selektive Biosorption, also die F\u00e4higkeit bestimmter Mikroorganismen, beispielsweise Bakterien, Hefen, Pilzen oder Algen, sich mit Metallen oder Metallionen anzureichern, ein geeignetes Verfahren f\u00fcr die R\u00fcckgewinnung von Gallium aus Industrieabw\u00e4ssern ist.<\/p>\n

Dieses High-Tech-Metall findet sich beispielsweise in Leuchtdioden und Solarzellen, es dient als Beschichtung f\u00fcr Spiegel und wird in der Medizin f\u00fcr die Tumordiagnostik verwendet. Haupts\u00e4chlich kommt es in der Halbleiterindustrie zum Einsatz. In Verbindung mit Arsen wird es zur Produktion von Wafern verwendet. Der gr\u00f6\u00dfte Teil des industriell genutzten Galliums geht jedoch w\u00e4hrend der Herstellung verloren. Umso mehr ist eine hohe Recyclingquote aus der verarbeitenden Industrie wichtig, da sie eine wesentlich reichhaltigere und wichtigere Quelle f\u00fcr die sekund\u00e4re Galliumproduktion darstellen.<\/p>\n

Bio-Recycling \u2013 \u00d6kologische Alternative zu klassischen Trennverfahren<\/h3>\n

Bisherige Recyclingverfahren f\u00fcr die Galliumgewinnung basieren oft auf chemischen Elektrolyseverfahren. Bei der sehr energieintensiven Elektrolyse entstehen W\u00e4sser, was zu Wertstoffverd\u00fcnnung und Aufsalzung des Abwassers f\u00fchrt. Anders verh\u00e4lt es sich mit sogenannten Biokompositen, sie sind recycelbar und k\u00f6nnen immer wieder in Trennprozessen eingesetzt werden. Diese innovative Recyclingmethode umfasst Prozesse, die biologische Systeme zur Metallgewinnung aus Erzen oder Abfallmaterialien nutzen. Die Freisetzung von Metallen kann direkt durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen oder indirekt durch deren Stoffwechselprodukte erfolgen.<\/p>\n

Zu diesen Bio-Recycling-Verfahren z\u00e4hlt die Biosorption. \u201eDie Biomasse bindet dabei in einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung bestimmte Ionen oder andere Molek\u00fcle an sich oder konzentriert sie. Biosorption ist nicht von Stoffwechselaktivit\u00e4t abh\u00e4ngig und ben\u00f6tigt keine N\u00e4hrstoffzufuhr. Das erm\u00f6glicht ihre Anwendung auch in hochtoxischen Umgebungen. Die Biosorption ist daher eine umweltfreundliche Alternative zur R\u00fcckgewinnung von Metallen aus Industrieabw\u00e4ssern, Laugungsl\u00f6sungen oder Grubenwasser\u201c, erkl\u00e4rt Katrin Pollmann, Leiterin der biotechnologischen Abteilung am HIF. Die Herausforderung besteht jedoch darin, die geeigneten Biomolek\u00fcle zu finden.<\/p>\n

Peptide als Angel<\/h3>\n

Die Freiberger Wissenschaftler*innen arbeiten an spezialisierten Biosorptionsmaterialien, die in der Lage sind, einzelne Elemente spezifisch zu erkennen, selektiv zu binden und so aus L\u00f6sungen zu entfernen. Sie nutzen Peptide, kleine Eiwei\u00dfe, die aus Aminos\u00e4uren aufgebaut sind. \u201ePeptide sind klein und dadurch robust und eignen sich daher besonders. Es gibt 20 nat\u00fcrlich vorkommende Aminos\u00e4uren, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und in einer Peptidkette aneinandergekn\u00fcpft, frei kombiniert werden k\u00f6nnen. Dadurch entstehen Biomolek\u00fcle, die in der Lage sind, sich an jede denkbare Oberfl\u00e4che zu setzen und diese ganz spezifisch zu erkennen. Ausgesucht werden die passenden Peptide mit Hilfe der Phage-Surface-Display-Methode\u201c, beschreibt HIF-Wissenschaftlerin Dr. Nora Sch\u00f6nberger das Vorgehen.<\/p>\n

Im Mittelpunkt dieser Methode stehen Bakteriophagen, also Viren, die darauf spezialisiert sind, Bakterien zu infizieren. Die elementespezifischen Peptide werden fest auf einem Tr\u00e4germaterial mit bestimmten Eigenschaften verankert. Die daraus entstehenden Biokomposite \u201eangeln\u201c die Zielstoffe aufgrund der einzigartigen Peptidstrukturen aus einem komplexen Materialgemisch. Peptide erm\u00f6glichen somit eine selektive Metallr\u00fcckgewinnung.<\/p>\n

Biotechnologischer Ansatz mit Gallium-bindenden Peptiden<\/h3>\n

Im Verbundprojekt \u201eEcoGaIN<\/a>\u201c, bei dem die Gewinnung von Gallium aus Produktionsabw\u00e4ssern der Halbleiterindustrie untersucht wurde, hat sich Sch\u00f6nberger intensiv mit der Auswahl der Gallium-bindenden Peptide besch\u00e4ftigt. \u201eWir haben Chromatopanning verwendet \u2013 eine Technik, die Peptide ausw\u00e4hlt, die sich an ein bestimmtes Ziel binden. Mit Hilfe dieses Trennverfahrens haben wir die speziellen Peptide ermittelt, die die Gallium-Ionen aus dem Prozessabwasser einfangen\u201c, erkl\u00e4rt Sch\u00f6nberger und f\u00e4hrt fort: \u201eF\u00fcr die Biosorptionsstudien habe ich ein peptidbasiertes Filtermaterial in eine S\u00e4ule verpackt und so eine Art Gallium-Filter gebaut, durch den die Abw\u00e4sser laufen konnten. Das Material ist dann gut geeignet, wenn es das Gallium m\u00f6glichst effizient im Filtermaterial zur\u00fcckh\u00e4lt, w\u00e4hrend die \u00fcbrigen Kontaminationen, die im Prozessabwasser enthalten sind, also vor allem Arsen, einfach abflie\u00dfen. Anschlie\u00dfend muss das am Filtermaterial gebundene Gallium wieder von der S\u00e4ule getrennt werden k\u00f6nnen, um das Gallium zur\u00fcckzugewinnen.\u201c<\/p>\n

Eines der f\u00fcnf getesteten Peptid-Filtermaterialien zeigte sich bei diesen Experimenten als besonders geeignet, um Gallium effizient zur\u00fcck zu gewinnen. \u201eDie Nutzung biologischer Systeme in der Ressourcentechnologie erg\u00e4nzt das Repertoire der konventionellen metallurgischen Verfahren. Sie f\u00fcllt derzeit eine methodische Nische, indem sie Metalle zug\u00e4nglich macht, die mit klassischen metallurgischen Ans\u00e4tzen nicht effizient ausgesch\u00f6pft werden k\u00f6nnen\u201c, sagt Pollmann. F\u00fcr die industrielle Anwendung muss diese Methode jedoch noch weiterentwickelt werden, da die chemische Synthese der Peptide f\u00fcr einen wirtschaftlichen Einsatz in der Ressourcentechnologie zu teuer und noch nicht ausreichend umweltfreundlich ist. Weiterhin gilt es die Peptide so zu optimieren, dass eine bessere Metallbindungskapazit\u00e4t erzielt wird und so ein effizienterer Einsatz m\u00f6glich ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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