Wissenschaftler nutzen verbrauchte Bierhefe, um Metall aus Abfallströmen herauszufiltern

Wenn wir elektronische Geräte recyceln, die wir nicht mehr verwenden können, wollen wir die wertvollen natürlichen Ressourcen, die für deren Herstellung verwendet wurden, optimal nutzen. Allerdings ist Elektroschrott bekanntermaßen schwierig zu recyceln, da sich die verschiedenen Metalle im Abfall nur schwer voneinander trennen lassen.

Wissenschaftler haben nun eine Möglichkeit gefunden, mithilfe verbrauchter Bierhefe, dem gleichen Biernebenprodukt, das auch in Marmite verwendet wird, selektiv Metalle aus einem Abfallstrom einzufangen. Darüber hinaus kann die Hefe wiederverwendet werden, was den Prozess noch umweltfreundlicher macht.

„Elektroschrott ist schwer zu recyceln, da er sehr heterogen ist“, sagte Dr. Klemens Kremser von der Universität für Bodenkultur Wien, korrespondierender Autor des Artikels in Grenzen in Bioingenieurwesen und Biotechnologie.

„Die Metalle in Lösung zu bringen, ist ein erster Schritt, aber die selektive Rückgewinnung der Metalle bleibt eine Herausforderung. Im Vergleich zu Verfahren wie der chemischen Fällung stellt die Biosorption mit verbrauchter Bierhefe einen kostengünstigen und umweltfreundlichen Ansatz dar.“

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Es gibt bereits mehrere Möglichkeiten, die verschiedenen Metallbestandteile von Elektroschrott zu trennen, darunter auch andere Biosorbentien – biologische Materialien, die zum Aufsaugen von Schadstoffen verwendet werden können. Allerdings haben sie alle erhebliche Nachteile. Beispielsweise entsteht bei der chemischen Fällung kontaminierte Schlacke, während sich Biokohle – ein kohleähnliches Biosorbens – nur schwer aus dem Abwasser trennen lässt.

Also wandten sich die Wissenschaftler der Bierhefe zu. Da übrig gebliebene Bierhefe ein häufiges Nebenprodukt beim Bierbrauen ist, ist sie günstig und überall erhältlich.

Die Wissenschaftler erwarben 20 Liter verbrauchte Bierhefe, trennten die Biomasse von verbliebenen Braurückständen und trockneten die Biomasse. Durch elektrostatische Wechselwirkungen auf der Oberfläche der Hefe können Metallionen an dieser Oberfläche haften – ein Vorgang, der Adsorption genannt wird. Eine Änderung des pH-Werts dieser Lösung verändert die Wechselwirkungen, wodurch die Hefe je nach Inhalt der Lösung und spezifischem pH-Wert mehr oder andere Metallionen adsorbieren kann.

Die Wissenschaftler beschlossen, die Hefebiomasse auf wirtschaftlich wichtige Metalle wie Zink, Aluminium, Kupfer und Nickel zu testen. Die Wissenschaftler testeten jede Metalllösung bei verschiedenen pH-Werten und Temperaturen, um festzustellen, ob es möglich war, die Stärke der Wechselwirkungen zu erhöhen und mehr Metall zurückzugewinnen. Die Wissenschaftler testeten die Hefe auch im Vergleich zu einem echten polymetallischen Abfallstrom.

„Die Verwendung von Abfallbiomasse zur Metallrückgewinnung ist kein völlig neues Verfahren, aber die Selektivität von Biosorptionsprozessen ist ein Schlüsselfaktor für eine effiziente Metallrückgewinnung aus polymetallischen Abfallströmen“, sagte Anna Sieber, Ph.D. Fellow von K1-MET, einem österreichischen metallurgischen Forschungszentrum, und Erstautor des Artikels.

„Wir haben hohe Metallrückgewinnungsraten aus einer komplexen Metalllösung unter Verwendung einer umweltfreundlichen und kostengünstigen Biomasse nachgewiesen. Hefebiomasse gilt als sicherer Organismus, und die nachgewiesene Wiederverwendbarkeit der Biomasse macht sie zu einem wirtschaftlich machbaren Ansatz.“

Reduzieren, wiederverwenden, recyceln

Aus den Testmetalllösungen konnten die Wissenschaftler mehr als 50 % Aluminium, mehr als 40 % Kupfer und mehr als 70 % Zink zurückgewinnen. Über 50 % des Kupfers und über 90 % des Zinks wurden aus dem polymetallischen Abfallstrom gewonnen, an dem sie die Hefe testeten.

Eine Änderung der Temperatur hatte relativ geringe Auswirkungen auf die Effizienz, mit Ausnahme von Zink, wo sie die Rückgewinnungsrate um 7,6 % steigerte. Ebenso hatte die Anpassung des pH-Werts bei den meisten Metalllösungen nur begrenzte Auswirkungen, mit Ausnahme von Aluminium, wo sie die Effizienz der Rückgewinnung um 16 % verbesserte.

„Die Metalle können durch Säurebehandlung von der Hefeoberfläche entfernt und so recycelt werden“, sagt Sieber. „Es wäre interessant, mögliche Anwendungen dieser wiedergewonnenen Metalle zu untersuchen.“

Auch die Hefe selbst konnte recycelt werden, ohne ihre Fähigkeit zur Metallrückgewinnung stark zu beeinträchtigen: Die Wissenschaftler konnten sie fünfmal zur Rückgewinnung verschiedener Metalle verwenden.

Die Wissenschaftler weisen jedoch darauf hin, dass der Metallrückgewinnungsprozess mit viel größeren Studien unter realen Bedingungen getestet werden muss, bevor er im industriellen Maßstab umgesetzt werden kann.

„Der Metallentfernungsprozess in dieser Studie wurde für die vier untersuchten Metalle optimiert“, sagte Kremser. „Die Konzentration potenziell störender Metallionen war in unseren Ausgangslösungen sehr gering, aber dies wäre wichtig zu berücksichtigen, wenn dieser Ansatz auf verschiedene gemischte Metalllösungen angewendet wird.“