Biohydrometallurgie

In der Biohydrometallurgie werden Mikroorganismen genutzt, um Säuren, Basen und Komplexbildner zur wässrigen Extraktion von Metallen aus Feststoffen zu bilden.

Desweiteren können Mikroorganismen eingesetzt werden, um Metalle aus der Flüssigphase durch Fällungsreaktionen zu entfernen. Wir nutzen diese natürlichen Prozesse zur Laugung von Rohstoffen aus Abfällen, der Behandlung von metallhaltigen Abwässern sowie der biologischen Sanierung von Altlasten. Ziel ist es hierbei immer, möglichst ressourceneffizient Stoffkreisläufe zu schließen.   

Die Grundlage für alle Prozesse bildet das Verständnis der sogenannten «Metall-Speziierung». Als "Metallspezies" bezeichnet man die spezifische Form, in der ein chemisches Element vorliegt. Die chemischen Eigenschaften (z.B. Löslichkeit) sowie die biologische Wirkung (z.B. Toxizität) verschiedener Metallspezies kann sehr unterschiedlich sein. Mikroben ändern die Speziierung von Metallen natürlicherweise. Wir nutzen diesen Umstand, um gezielt chemische Eigenschaften und biologische Wirkung von Metallen zu beeinflussen. Die Grundlage für das Verständnis der Speziierung bilden direkte Messungen mittels Massenspektrometrie (z.B. LC-MSn; GC-MS, LC-ICP-MS) und Spektroskopie (z.B. XAFS) sowie thermodynamische Modellierung. 

Mikroorganismen verändern aktiv das sie umgebende Medium durch Bildung von Säuren und Komplexbildnern. Diesen Umstand nutzen wir, um mittels «Biolaugung» sogenannte kritische Rohstoffe aus Industrierückständen zurückzugewinnen (z.B. Gallium aus Rotschlämmen der Aluminum Produktion). Mittels Biolaugung lassen sich auch Metalle aus Altlasten ausgewaschen und anschließend wiedergewinnen. Außerdem setzen wir Mikroben ein, um Elemente aus Abwässern zu entfernen und dem Kreislauf wieder zuzuführen. Die Bildung unlöslicher Metallspezies auf Grund von mikrobiellem Stoffwechsel wird als «biologische Fällung» bezeichnet.

Biologisch ausgefälltes, elementares Selen

• Lenz, M., van Hullebusch, E.D., Farges, F., Nikitenko, S., Corvini, P.F.X., Lens, P.N.L. (2011). Combined speciation analysis by XANES, IC and SPME-GC-MS to evaluate biotreatment of concentrated selenium wastewaters. Environmental Science and Technology, 45 (3), 1067–1073. Lenz, M., van Hullebusch, E.D., Farges, F., Nikitenko, S., Corvini, P.F.X., Lens, P.N.L. (2011). Combined speciation analysis by XANES, IC and SPME-GC-MS to evaluate biotreatment of concentrated selenium wastewaters. Environmental Science and Technology, 45 (3), 1067–1073. 
• Hennebel, T, Boon, N, Maes, S., Lenz, M. (2015). Biotechnologies for Critical Raw Material Recovery from Primary and Secondary Sources: R&D Priorities and Future Perspectives. New Biotechnology, 32 (1), 121-127. Hennebel, T, Boon, N, Maes, S., Lenz, M. (2015). Biotechnologies for Critical Raw Material Recovery from Primary and Secondary Sources: R&D Priorities and Future Perspectives. New Biotechnology, 32 (1), 121-127. 
• Ujaczki, E., Feigl, V., Molnár, M., Cusack, P., Curtin, T., Courtney, R., O’Donoghue, L., Panagiotis, D., Hugi, C., Evangelou, M.W.H, Balomenos, E., Lenz, M. (2018). Re-using bauxite residues: benefits beyond (critical raw) material recovery. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 93 (9), 2498-2510. Ujaczki, E., Feigl, V., Molnár, M., Cusack, P., Curtin, T., Courtney, R., O’Donoghue, L., Panagiotis, D., Hugi, C., Evangelou, M.W.H, Balomenos, E., Lenz, M. (2018). Re-using bauxite residues: benefits beyond (critical raw) material recovery. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 93 (9), 2498-2510. 

• Potysz, A., Pędziwiatr, A., Hedwig, S., Lenz, M. (2020). Bioleaching and toxicity of metallurgical wastes. Journal of Environmental Chemical Engineering, 8, 104450.