Das Projekt "Teilvorhaben 5: Metallophore" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von B.R.A.I.N. Biotechnology Research and Information Network AG durchgeführt. Vorhabensziel: Ziel des Projektvorhabens ist es, die Eignung biologischer Komplexbildner (Metallophore) zur selektiven Abtrennung von Metallen aus komplexen (Bio)Laugen zu untersuchen. Darüber hinaus soll ein Laborverfahren zur Metallophor-basierten Separation von in Lösung vorliegenden Metallen entwickelt werden. In einem ersten Arbeitsschritt soll das BRAIN BioArchiv nach Metallophor-produzierenden Mikroorganismen durchmustert werden. Mittels der dabei identifizierten Mikroorganismen sollen erste Testchargen an Metallophoren produziert und ggf. aufgereinigt werden. Die Testchargen dienen dann der strukturellen und funktionellen Charakterisierung der enthaltenen bioaktiven Substanzen. Hierbei werden analytische Methoden wie IEF, HPLC-MS, NMR und ICP-MS angewendet. Um die Produktivität der identifizierten Metallophor-bildenden Mikroorganismen zu erhöhen, wird sowohl eine gerichtete als auch eine ungerichtete Stammoptimierung durchgeführt. Mit Hilfe der so optimierten Organismen soll dann eine ausreichende Menge an Metallophoren zur Verfahrensentwicklung hergestellt werden. Ziel ist es, ein Laborverfahren im 100-500 ml Maßstab zu etablieren und damit einen POC für die Bio-Solventextraktion zu erbringen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Metallsorption und Gewinnung refraktärer Metalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Ziel dieses Verbundprojektes ist die praxisreife Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von wirtschaftsstrategischen Spurenelementen aus der komplexen Matrix des Theisenschlamms mit einem energieeffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Verfahren. Dabei sollen insbesondere Bioleaching und mineralselektive Laugung als Aufschlussverfahren eingesetzt werden. Mit elementspezifischen Verfahren, insbesondere Membrantrennung, Ionenaustausch an Eisenverbindungen, Anreicherung mit Metallophoren und Solventextraktion sollen die komplex zusammengesetzten Aufschlusslösungen verarbeitet und die enthaltenen Wertstoffe gewonnen werden. Im Theisenschlamm tritt eine Reihe von Anionen bildenden Metallen (Re, Ge, Sb, Mo, V, Se) auf. Diese können nach der Mobilisierung aus der Laugungslösung in die Struktur von Eisenhydroxyverbindungen, eingebunden und so ausgefällt werden. Insbesondere für Rhenium, das im Theisenschlamm signifikant angereichert ist, soll ein solcher Prozess erprobt werden. Durch geeignete Desorptionsmittel werden die Wertkomponenten von den Eisenverbindungen gelöst und durch fraktionierte Fällungsprozesse gewonnen. Im Theisenschlamm finden sich die Elemente Pb, Sn und Ag, die einen signifikanten Anteil am Wertstoffinhalt ausmachen, jedoch erfahrungsgemäß nur schwer biologisch laugbar sind. Insbesondere Ag hat jedoch wesentliche Bedeutung für die Rentabilität des Gesamtprozesses. Daher sollen diese Elemente durch geeignete chemische Laugungsverfahren mobilisiert und anschließend durch fraktionierte Fällung aus der erhaltenen Lösung in Form von Konzentraten gewonnen werden. Bei der Gewinnung der Wertkomponenten fallen einerseits feste Laugungsrückstände und andererseits Produkte mit Schadkomponenten an. Dies betrifft ins-besondere die Elemente As, Cd und Hg. Für all diese Materialien werden Möglichkeiten zu Verwertung oder zur Immobilisierung für eine nachhaltig umweltgerechte Entsorgung untersucht.
Das Projekt "r4 - wirtschaftsstrategische Rohstoffe - Nachwuchsgruppe: BakSolEx - Bakterielle Metallophore für die Solventextraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Biowissenschaften durchgeführt. Die Untersuchung von biologischen Chelatbildner (Metallophore) soll es ermöglichen effiziente und ökologische Alternativen für die Solventextraktion bereitzustellen. Hierzu sollen Bakterien auf Metallophorproduktion untersucht werden. Potente Vertreter sollen zur Produktion eingesetzt und an diesen Beispielen die Regulation untersucht werden. Damit soll die Raum-Zeit-Ausbeute an Metallophoren erhöht und eine spätere Anwendung ermöglicht werden. Die Charakterisierung von Metallophoren hinsichtlich Affinität, Substratspektrum sowie Stabilität wird durchzuführen sein. Zudem sollen chemische Analoga hergestellt und ebenso charakterisiert werden. Mittels Synthese sollen ausgewählte Vertreter modifiziert werden, um eine effiziente Extraktion von Metallen aus komplexen Lösungen zu erlauben. Am Ende sollen Metallophore für eine Solventextraktion von Gallium und Kobalt (oder andere strategische Elemente) bereitstehen. Das Vorhaben ist in 14 Arbeitspakete unterteilt und soll in 2 Phasen (3 + 2 Jahre) abgearbeitet werden. In der ersten Phase gilt es Methoden zu etablieren: Kultivierung von Mikroorganismen und Produktion von Metallophoren, Reinigung mittels Chromatographie (FPLC), Synthese chemischer Analoga und Modifikationsvarianten von biologischen Metallophoren, Bioanalyse der Produkte (Stopped-Flow Spektroskopie, NMR, usw.). Mit Hilfe von genetischen Methoden (Genomik, Transkriptomik, Gensynthese und Expression) sollen Gencluster annotiert und deren Funktion sowie Regulation untersucht werden. Dies und die Selektionsexperimente sollen es ermöglichen Produktionsstämme für die Bildung von Metallophoren zu generieren. Diese Ergebnisse gilt es zu verifizieren und in der zweiten Phase in die Gewinnung (Up Scaling) von Metallophoren und deren Anwendung zu überführen. Patentierung und Publikation ist während des gesamten Vorhabens beabsichtigt.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Selektive mikrobielle Laugung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Biowissenschaften durchgeführt. Ziel ist die Gewinnung aller Wertelemente aus der komplexen Matrix des Theisenschlamms mit einem energieeffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Verfahren. Unter den Aspekten eines geringen Energieverbrauches und Chemikalieneinsatzes bietet sich das Bioleaching als Aufschlussverfahren an, wobei hochkomplexe Laugungslösungen erzeugt werden. Dies stellt für die elementspezifischen Verfahren der Trennung, Konzentration und Reinigung eine Herausforderung dar. Für die innovative Verfahrensentwicklung sollen komplementär die Membrantrennung, Ionenaustausch an Schwertmannit, Anreicherung mit Metallophoren und die Solventextraktion genutzt werden. Mineral-spezifische Biolaugung (Mikrobiologie): Mit definierten Kulturen wird die Theisenschlamm-Laugung zur selektiven Abtrennung von Metallen im Bioreaktor etabliert. Durch stufenweise Prozessführung sollen die Wertmetalle nacheinander unabhängig von ihrem quantitativen Vorkommen in Lösung gebracht werden. Selektivität bei Konzentrierung/Membrantrennung (ITUN): Durch den Einsatz von Membranverfahren soll eine selektive Abtrennung bzw. Aufkonzentrierung unter der Beachtung der um Größenordnungen höher konzentrierten Begleitelemente erfolgen. Zur Ermittlung der Abtrenncharakteristik der Membranmaterialien sollen zunächst Screenings durchgeführt werden. In den darauffolgenden Schritten werden u.a. Chelatbildner integriert. Es werden Möglichkeiten zum Up-Scaling abgeleitet. Charakterisierung der Organik (IAC): Die Analysen der organischen Bestandteile im Theisenschlamm zur Beurteilung eventueller Risiken und zur Verfolgung ihres Verbleibs während des Prozesses setzen die Entwicklung geeigneter Probenvorbereitungsschritte voraus, die zu optimieren sind. Identifizierungen organischer Verbindungen sind anschließend mit Hilfe ein- und zweidimensionaler Gaschromatographie und ultra-hochaufgelöster Massenspektrometrie zu untersuchen und es sind ausgewählte Verbindungen zu quantifizieren.