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Nachgefragt: Thomas Helle über neue Entwicklungen im Bioleaching

Auf Vermittlung der BIOPRO Baden-Württemberg GmbH trat die Biotechnologiefirma Novis GmbH in Kontakt mit dem renommierten Geomikrobiologen Prof. Dr. Andreas Kappler, Universität Tübingen. Mit finanzieller Unterstützung des baden-württembergischen Umweltministeriums testeten die Partner erste Bioleaching-Verfahren, um Metalle mithilfe von Bakterien aus Schlacken zu recyceln. Die BIOPRO hat in einem Interview mit Dr. Thomas Helle, Geschäftsführer der Novis GmbH, nachgefragt, was aus dem Projekt geworden ist. Die Fragen stellte Dr. Ursula Göttert.

Ende 2014 hat die BIOPRO in einem Artikel über Ihre ersten Versuche zum Bioleaching von Schlacken berichtet. Was ist denn mittlerweile daraus geworden, Herr Helle?

Also erstens ist es interessant, dass die BIOPRO-Artikel eine relativ große Wirkung zeitigen. Mindestens fünf qualifizierte Ansprechpartner haben mich aufgrund dieses Artikels gefunden. Unter anderem hat gestern ein Fraunhofer-Institut angefragt, ob wir Material zur Verfügung stellen könnten für eine interne Expertenpräsentation zum Thema Bioleaching.

Das ist ja schön, das freut uns.

Zum Zweiten beschäftigen sich mittlerweile zwei Leute in Vollzeit bei der Novis mit diesem Thema und eine ungefähr 7-köpfige Arbeitsgruppe an der Universität Tübingen. Die Mitarbeiter an der Universität machen nach wie vor unsere Begleituntersuchungen. Wir selbst haben das Konzept entwickelt, wie solch eine Anlage aussehen kann. Eine erste Demonstrationsanlage haben wir jetzt gerade in einem größeren Maßstab in unserem Labor aufgebaut.

Welche Materialien setzen Sie denn als Ausgangssubstrat ein?

Die Forschungspartner zum Thema Bioleaching (von links nach rechts): Prof. Dr. Andreas Kappler, Universität Tübingen, Dr. Thomas Helle, Novis GmbH, und Prof. Dr.-Ing. Harald Thorwarth, Hochschule Rottenburg. © Novis GmbH

Zum einen immer noch Schlacke aus Müllverbrennungsanlagen eines großen württembergischen thermischen Abfallverwerters. Bei dieser Müllschlacke werden durch Bioleaching die Metalle entfernt. Die mineralischen Reste können dann als Zuschlagstoff in den Beton gehen. Da haben wir auch schon lokale Partner, die baden-württemberg-weit vertreten sind. Und die würden gerne mitmachen, wenn es funktioniert.

Zum anderen haben wir mittlerweile noch die Hochschule Rottenburg als einen weiteren Kooperationspartner gewonnen. Hier setzen wir Holzasche als Ausgangsmaterial ein. Hier ist es geplant, sobald die Metalle aus der Asche entfernt sind, diese als Dünger oder zur Waldkalkung einzusetzen. Parallel forschen wir weiter an den einzelnen Metallströmen, um diese weiter aufzubereiten. Hier arbeiten wir beispielsweise jetzt mit der Hochschule Basel zusammen, die dafür eine hervorragende Expertise besitzt.

Generell möchten wir, dass die Schlacke später wieder in die Umwelt ausgebracht werden kann – ein Modell einer schlüssigen Kreislaufwirtschaft.

Geht dies denn momentan nicht?

Nein, denn diese Schlacken haben zu viele Schwermetalle. Selbst naturbelassenes Holz hat zu hohe Schwermetallgehalte und darf als Holzasche nach der Verbrennung nicht mehr im Wald ausgebracht werden.

Das bedeutet, Ihr primäres Ziel ist es momentan nicht so sehr, die Metalle wegen ihres Materialwerts herauszuholen, sondern die Reinigung der Schlacke?

Ja, das ist das größere Problem. Da fallen riesige Mengen an Mineralstoffen an und es stellt sich die Frage, wo man die Schlacke unterbringen kann. Im Moment muss man sie kostenpflichtig deponieren. Sowohl die Schlacke aus den Müllverbrennungsanlagen als auch aus der Holzverfeuerung. Aus diesem Grund hat der thermische Müllverwerter beschlossen, dass das Ziel der Schlackeentgiftung im Vordergrund steht. Wenn nachher noch das gewonnene Metall einen Deckungsbeitrag leistet, dann ist das schön – muss aber nicht sein. Die thermischen Müllverwerter wollen längerfristig die Schlackebehandlung selbst in die Hand nehmen. Heute wird bereits ein Großteil der Metalle mechanisch aus der Schlacke entfernt. Die Fraktion der kleinsten Partikel bleibt als zu deponierender Abfall übrig, und diesen behandeln wir nun mit unserem Bioleaching-Verfahren.

Welche Metalle sind denn hauptsächlich in der Schlacke enthalten?

Aluminium, Zink, Kupfer, ein wenig Strontium – sie alle sind über den erlaubten Grenzwerten vertreten. Holz ist beispielsweise ein starker Aluminiumsammler. Sobald die neueste Verordnung zum Kakao in Kraft tritt, haben wir auch dort ein Problem mit zu viel Aluminium im Kakao. Da geht es zwar um winzigste Mengen, aber die neuen Grenzwerte sind eben stärker heruntergesetzt worden.

Welche Organismen setzen denn Ihre Partner von der Universität Tübingen ein, um diese Metalle aus den Schlacken wieder herauszuholen?

Dabei handelt es sich um Organismen, die aus der Umwelt isoliert wurden, beispielsweise aus dem spanischen Fluss Rio Tinto. In diesem Fluss lebt nichts mehr, denn er hat einen pH-Wert von zwei, weil so viel saure Wässer eingetragen werden. Und da etablieren sich Bakterien, zum Beispiel Acidithiobazillen oder Bacillus sulfooxidans, die solche Metalle lösen können. Diese Bakterien werden im Labor von Professor Kappler isoliert, kultiviert, und die fügt man nun hinzu zu den Schlacken. Die metalllösende Wirkung entsteht, weil die Bakterien selber Säure produzieren, wenn sie ein bisschen Schwefel bekommen, von dem sie leben. Detaillierte Versuche haben gezeigt, dass die metalllösende Wirkung größer ist, wenn man biotisch laugt anstatt abiotisch nur mit Säure alleine zu arbeiten.

Ein ganz neuer Verfahrensansatz ist erst vor Kurzem aufgekommen. Und zwar gibt es eine Postdoktorandin der Universität Stuttgart, die über Ziliaten forscht. Und Ziliaten haben zwei Eigenschaften, die sie sehr interessant machen. Sie können seltene Metalle einlagern und wieder abscheiden. So wie ganz kleine Müllsammler, so stelle ich mir das vor. Und interessanterweise können die auch Phosphor sammeln. Und das ist ein Gebiet mit dem wir uns nun auch beschäftigen.

Und Sie haben mittlerweile auch eine Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bekommen?

Ja, wir haben den Zuschlag für ein ZIM-Projekt "Bioleaching" bekommen, das noch bis Mitte 2018 läuft. Als Unternehmen erhalten wir eine Förderung von 40 Prozent, den Rest müssen wir durch Eigenleistung erbringen. Und die Universität Tübingen erhält als Forschungseinrichtung eine Förderung zu 100 Prozent.

Gleichzeitig freuen wir uns auch noch über eine neue und ganz aktuelle Kooperation: Wir konnten die Hochschule Rottenburg, Prof. Dr. Thorwarth für die Zusammenarbeit mit der Universität Tübingen und der Novis GmbH gewinnen. Hier geht es vor allem um die Behandlung und Nutzbarmachung von Biomassekraftwerksschlacke, die sogenannte Rostasche aus der Holzverbrennung. Professor Thorwarth ist ausgewiesener Experte für Verbrennungsprozesse.

Und was planen Sie als Nächstes?

Zwei Mitarbeiter der Novis GmbH vor der Bioleaching-Demonstrationsanlage: Verfahrenstechniker Benjamin Gann und Biotechnologe Thomas Rüschenpöhler. © BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Nun, wir haben ja gerade die Demonstrationsanlage hier bei uns aufgebaut. Sobald wir die Schlacke haben, legen wir los mit den ersten Großversuchen. Und dann ist natürlich geplant, möglichst schnell die CE-Zulassung für die metallbefreite Schlacke als Zuschlagstoff für die Betonindustrie zu erhalten. Für einen weiteren Partner, ein Schweizer Biomassekraftwerk, wollen wir durch die Bioleaching-Behandlung die Entsorgungskosten der Holzasche reduzieren.

Und dann gibt es noch aktuell eine Anfrage von einer Mine aus Brasilien. Die bauen Scheelit, eine Wolframverbindung, ab. Die haben bereits zwei Millionen Euro investiert, aber es funktioniert noch nicht profitabel genug. Und nun hoffen die Betreiber, über das Bioleaching hier weiter zu kommen. Wobei Bioleaching bei Wolfram selbst nicht funktioniert. Jedoch können wir über das Bioleaching die ungewollten Störstoffe abtrennen, sodass das Wolfram in einer reineren Form vorliegt. Und es gibt noch ein paar andere förderbare Erze und Metalle in der Mine. So gibt es beispielsweise in einem Ast der Mine auch eine Ader mit Goldspuren. Und wenn wir dies über das Thioharnstoff-Verfahren als Ersatz für die giftige Cyanidlaugung herauslösen könnten , dann wären wir da gut im Geschäft. Daran arbeitet gerade noch ein Postdoktorand der Universität Tübingen bis Ende des Jahres.

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