Wissenschaftler verwenden verbrauchte Bierhefe, um Metall aus Abfallströmen zu filtern

Wenn wir elektronische Geräte recyceln, die wir nicht mehr verwenden können, hoffen wir, die wertvollen natürlichen Ressourcen, die für ihre Herstellung benötigt werden, optimal zu nutzen. Allerdings ist Elektroschrott bekanntermaßen schwierig zu recyceln, da es schwierig ist, die verschiedenen Metalle im Abfall zu trennen.

Wissenschaftler haben nun einen Weg gefunden, mithilfe verbrauchter Bierhefe, dem gleichen Biernebenprodukt, das auch in Marmite verwendet wird, selektiv Metalle aus einem Abfallstrom einzufangen. Und das ist noch nicht alles: Die Hefe kann 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 Grenzen des Bioingenieurwesens und der Biotechnologie.

„Die Lösung von Metallen ist ein erster Schritt, aber die selektive Rückgewinnung von Metallen 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, verschiedene Metallbestandteile aus Elektroschrott zu trennen, darunter auch andere Biosorbentien, also biologische Materialien, die zur Absorption von Schadstoffen verwendet werden können. Allerdings haben sie alle erhebliche Nachteile. Beispielsweise entsteht bei der chemischen Fällung kontaminierte Schlacke, während Biokohle, ein der Holzkohle ähnliches Biosorbens, nur schwer aus dem Abwasser zu trennen ist.

Wissenschaftler griffen daher auf Bierhefe zurück. Da übrig gebliebene Bierhefe ein häufiges Nebenprodukt beim Bierbrauen ist, ist sie kostengünstig und weit verbreitet.

Die Wissenschaftler beschafften 20 Liter verbrauchte Bierhefe, trennten die Biomasse vom Braurückstand und trockneten die Biomasse. Durch elektrostatische Wechselwirkungen auf der Hefeoberfläche können Metallionen an dieser Oberfläche haften, ein Vorgang, der als Adsorption bezeichnet wird. Eine Änderung des pH-Werts dieser Lösung verändert die Wechselwirkungen, wodurch die Hefe je nach Lösungsgehalt und spezifischem pH-Wert möglicherweise 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 unterschiedlichen pH-Werten und Temperaturen, um zu beurteilen, 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 Biomasseabfällen 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., Mitglied von K1-MET, ein österreichisches metallurgisches Forschungszentrum und Erstautor des Artikels.

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

Reduzieren, wiederverwenden, recyceln

Aus den untersuchten Metalllösungen konnten die Wissenschaftler mehr als 50 % des Aluminiums, mehr als 40 % des Kupfers und mehr als 70 % des Zinks zurückgewinnen. Mehr als 50 % des Kupfers und mehr als 90 % des Zinks wurden aus dem polymetallischen Abfallstrom zurückgewonnen, an dem die Hefe getestet wurde.

Die Temperaturänderung hatte relativ geringe Auswirkungen auf die Effizienz, mit Ausnahme von Zink, wo sie die Rückgewinnungsrate um 7,6 % steigerte. Ebenso hatte die pH-Wert-Anpassung bei den meisten Metalllösungen nur begrenzte Auswirkungen, mit Ausnahme von Aluminium, wo sie die Rückgewinnungseffizienz um 16 % verbesserte.

„Durch Säurebehandlung können Metalle von der Hefeoberfläche entfernt und so recycelt werden“, sagte Sieber. „Es wäre interessant, die möglichen Anwendungen dieser gewonnenen 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.

Allerdings warnen Wissenschaftler davor, dass der Metallrückgewinnungsprozess in 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 betreffenden Metalle optimiert“, sagte Kremser. „Die Konzentration potenziell störender Metallionen war in unseren Ausgangslösungen sehr gering, aber es wäre wichtig, dies zu berücksichtigen, wenn dieser Ansatz auf verschiedene gemischte Metalllösungen angewendet wird.“