Eine Peptid-Angel für Gallium

Kurz & Knapp

Gallium ist ein sehr seltenes Metall, das zugleich in der Hightech-Industrie unter anderem für Solarzellen und Leuchtdioden stark begehrt ist. Recycling soll helfen, den steigenden Bedarf zu decken.
Das bisherige chemische Recyclingverfahren ist energieintensiv und erzeugt salzige Abwässer. Eine biobasierte Methode könnte langfristig eine nachhaltigere Alternative darstellen.
Bei diesem biobasierten Verfahren werden Peptide maßgefertigt, die wie eine Angel das Gallium aus dem Abwasser fischen. Anschließend kann das aufkonzentrierte Metall aus den „Angeln" ausgewaschen werden.

Forschende entwickeln biobasiertes Metallrecycling

Forschende am Helmholtz-Institut Freiberg entwickeln ein peptidbasiertes Verfahren, um das seltene Metall Gallium aus Industrieabwässern zurückzugewinnen. Es könnte eines Tages die energieintensive chemische Vorgehensweise ersetzen. Noch ist das Verfahren zum Recycling des Wertstoffes jedoch nicht marktreif.

Sein silbrig-weißer Glanz und seine große Seltenheit zeichnen es aus: Gallium ist ein Metall, das in der Verbindung als Galliumarsenid einige wichtige Funktionen in der Hochfrequenztechnik und der Optoelektronik besitzt. In der Erdkruste ist es so selten, dass bis heute kein gezielter Abbau wirtschaftlich erfolgreich durchgeführt werden konnte. Gewonnen wird es deshalb als Nebenprodukt der Aluminiumherstellung, wo es in Spuren vorkommt.

Aufgrund der Nachfrage in der Hightech-Industrie besteht daher dringender Bedarf an effektiven Recyclingmethoden. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) hat nun ein solches Verfahren auf Grundlage von Peptiden vorgestellt. Mit ihm kann Gallium aus Produktionsabwässern der Halbleiterindustrie zurückgewonnen werden.

Auch für hochtoxische Umgebungen

Gallium Angel — Spezielle Peptidverbindungen in Form eines Filters fungieren als biologische Angel, um Gallium aus Industrieabwässern herauszulösen. © HZDR/Sahneweiß

Bislang basiert das Recycling von Gallium auf einer chemischen Elektrolyse. Dieses Verfahren ist energieintensiv und führt zu salzigen Abwässern. Aber auch Mikroorganismen können Metalle in ihren Zellen anreichen. Biosorption nennt sich dieser Prozess. „Die Biomasse bindet dabei in einer wässrigen Lösung bestimmte Ionen oder andere Moleküle an sich oder konzentriert sie. Biosorption ist nicht von Stoffwechselaktivität abhängig und benötigt keine Nährstoffzufuhr“, erläutert Katrin Pollmann vom HIF. Das ermögliche die Anwendung auch in hochtoxischen Umgebungen.

Für den Recyclingprozess wollen die Forschenden jedoch nicht ganze Mikroorganismen einsetzen, sondern nur speziell hergestellte Peptide, kleine Eiweißmoleküle. Diese binden aufgrund ihrer Struktur spezifisch Gallium.

Peptid-Angeln im Abwasser

An einer Oberfläche verankert sollen die Peptide wie Angeln in das Abwasser ragen und das Metall herausfischen. „Das Material ist dann gut geeignet, wenn es das Gallium möglichst effizient im Filtermaterial zurückhält, während die übrigen Kontaminationen, die im Prozessabwasser enthalten sind, also vor allem Arsen, einfach abfließen“, schildert Pollmann. Anschließend müsse das am Filtermaterial gebundene Gallium wieder von der Säule getrennt werden können, um das Gallium zurückzugewinnen.

Ein geeignetes Peptid-Filtermaterial haben die Fachleute bereits gefunden. Noch ist dessen Herstellung jedoch zu teuer und nicht besonders umweltfreundlich. Für eine industrielle Anwendung ist daher zunächst weitere Forschung erforderlich.

Weitere Informationen

Pressemitteilung

Förderprojektporträt: Das Potenzial der Peptide erschließen

News: Bergbauabfälle als Rohstoffquelle

In Kooperation mit bioökonomie.de

Passende SDG´s

Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

Das Wissenschaftsjahr 2020/21 widmete sich dem Thema Bioökonomie. Knapper werdende Ressourcen und Nutzflächen bei gleichzeitig wachsender Weltbevölkerung, Klimawandel und Rückgang der Artenvielfalt – all dies sind globale Herausforderungen. Eine Umstellung ist daher notwendig: weg von einer Wirtschaftsform, die auf fossilen Ressourcen basiert, hin zu einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaftsweise – der Bioökonomie. Die Wissenschaft treibt diese Innovationen voran und sorgt dafür, dass Mikroorganismen, Proteine, Algen und weitere „kleine Helden“ der Bioökonomie große Wirkung entfalten. Bürgerinnen und Bürger wurden aufgefordert, diesen Wandel im Dialog mit Wissenschaft und Forschung und im Rahmen zahlreicher Diskussions- und Mitmachformate im Wissenschaftsjahr aktiv mitzugestalten.