Dr.-Ing. Marcus Heilmann – Innovatives Verfahren zur Gewinnung von Seltenen Erden

Dr.-Ing. Marcus Heilmann – Innovatives Verfahren zur Gewinnung von Seltenen Erden

Das Ziel dieses Projektes war es, ein innovatives Sorptionsverfahren auf Basis phototropher Organismen zur Gewinnung von Seltenen Erden (SE) und anderer Wertmetalle aus alternativen Quellen zu entwickeln. Der Prozess sollte eine umweltfreundliche Alternative zu den konventionellen Methoden darstellen und für hochverdünnte Lösungen der SE bzw. der Metalle geeignet sein.

Von den 37 im primären Screening untersuchten Spezies wurden auf Grund ihrer maximalen Sorptionskapazität für SE drei Vertreter ausgewählt: das Cyanobakterium Calothrix brevissima,  die Grünalge Chlorella kessleri  und das Moos Physcomitrella patens .

Weitergehende Charakterisierungen der Biosorption an den ausgesuchten Kandidaten zeigten, dass Hydroxyl-reiche Strukturen der Biomasse, insbesondere Polysaccharide, eine Rolle bei der Sorption der SE spielen. Adsorptionsisothermen bestätigten, dass vor allem P. patens und C. bevissima Neodym bereits aus sehr verdünnten Lösungen effektiv adsorbieren können. Darüber hinaus haben der pH-Wert und die Zusammensetzung der als SE-Quelle vorgesehenen Proben einen relevanten Einfluss auf die Biosorption der Zielelemente (Neodym und Europium). Beispielsweise liegt das pH-Optimum von Q_max,Nd für P. patens zwischen pH 3 und pH 6, während es für C. brevissima nur zwischen pH 5 und pH 6 liegt. Alle drei Spezies zeigten die höchste Affinität für Gold und Blei, gefolgt von den SE. Schließlich verdeutlichten die Untersuchungen der dynamischen Sorption von SE aus Modellproben an in einer Kartusche immobilisierten Biomasse, dass sie sehr effizient gebunden werden können, insbesondere auch in Gegenwart von Störstoffen wie Nickel, Kupfer, Blei oder Eisen.

Dieses Projekt wurde in Kooperation mit Prof. Dr. Thomas Brück, Werner Siemens-Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie, TU München, bearbeitet und im Rahmen des ForCycle-Verbunds durch das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert (Förderkennzeichen: BAF01SoFo-66947).

Veröffentlichungen:

Heilmann M, Breiter R, Becker A (2021): Towards rare earth element recovery from wastewaters: biosorption using phototrophic organisms. Appl Microbiol Biotechnol 105, 5229-5239.

Jurkowski W, Heilmann M, Becker AM, Buchholz R, Brück TB (2020): Terbium Excitation Spectroscopy as a Detection Method for Chromatographic Separation of Lanthanide-Binding Biomolecules. ACS Omega, 5 (42), 27050-27056.

Glemser M, Schmidt J, Heining M, Becker AM, Buchholz R, Brueck TB (2016): Application of light emitting diodes (LEDs) in cultivation of phototrophic microalgae: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol 100(3):1077-88.

Heilmann M, Jurkowski W, Buchholz R, Brueck T, Becker AM (2015): Biosorption of Neodymium by Selected Photoautotropic and Heterotropic Species. J Chem Eng Process Technol 6: 241