Bei Kupfer- und Goldbergbau bereits bewährt: Im Stein vorkommende Bakterien lösen Metalle aus dem Erz und brauchen dazu anders als der Hochofen kaum Energie. Bald könnten Bakterien auch beim Recycling von Industrieabfällen helfen.
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Axel Schippers Schätze ruhen tiefgefroren bei minus 140 Grad Celsius. Rund 1.500 Bakterienstämme hat der Geomikrobiologe in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover gelagert. Jederzeit kann er die Einzeller aus dem Kälteschlaf holen und sie untersuchen, beispielsweise Exemplare der Gattungen Acidimicrobium, Acidithiobacillus, Leptospirillum und Sulfobacillus. „Diese Bakterien sind acidophil – lieben also ein saures Milieu – und können Metallsulfide oxidieren“, sagt Schippers. „Deshalb spielen sie eine große Rolle beim Biomining.“
Man versteht darunter die Förderung von Metallen mithilfe von Bakterien, ein Prinzip, das seit den 70er-Jahren bekannt ist. „Etwa 15 Prozent der weltweiten Kupferproduktion entfällt auf das Biomining“, erklärt der Experte. „Beim Gold sind es drei Prozent, in kleinerem Umfang wird es auch bei Nickel, Kobalt und Zink eingesetzt.“ Zentren liegen in den Kupferminen Chiles und den Goldminen Ghanas, Südafrikas, Mittelasiens und Australiens.
Die Erzminerale der Metalle Kupfer, Zink und Nickel kommen überwiegend in Form von Verbindungen aus Metall und Schwefel (Metallsulfiden) vor, die unlöslich sind. Sie werden daher unter hohem Energieaufwand in Hochöfen aus dem Erz geschmolzen. „Bakterien bringen dagegen die Metalle ohne die hohen Temperaturen einer Smelting-Anlage in Lösung“, sagt Schippers. Besonders effektiv ist die Biomining-Methode der Haldenlaugung. „Dabei wird das gebrochene Erz mit verdünnter Schwefelsäure besprüht“, erklärt der Geomikrobiologe. „Die säureliebenden Bakterien, die im Gestein vorkommen, werden dadurch zum Wachstum angeregt. Sie siedeln sich an den Erzen an und oxidieren die unlöslichen Metallsulfide zu löslichen Metallsulfaten.“ Die Flüssigkeit, die dann am Fuße der Halde austritt, enthält die gelösten Metalle. Sie werden mit einem Elektrolyseverfahren in ihre reine, feste Form überführt.
Axel Schippers kennt mehr als 30 Bakterienstämme, die sich für Biomining eignen – Tendenz steigend. „Dadurch hat sich die Anwendungspalette stark erweitert. Heute wissen wir sehr genau, welche Bakterien sich für welche Mineralien gezielt einsetzen lassen und vor allem welche Bedingungen sie für eine effiziente Nutzung benötigen.“ Lange galt das Biomining als grüne Alternative zur traditionellen Verhüttung, denn diese braucht nicht nur sehr viel Energie, sondern produziert auch Schwefeldioxid, das in der Atmosphäre zu saurem Regen führt. „In modernen Verhüttungsanlagen ist das aber kein Problem mehr. Dort wird das Schwefeldioxid zu über 99 Prozent direkt in Schwefelsäure umgesetzt, die ein wichtiges Koppelprodukt der Kupfererzeugung ist“, erläutert Schippers.
Dennoch: Wegen des geringen Energieverbrauchs lohnt sich der Einsatz von Bakte- rien, etwa bei Erzen mit geringem Metallgehalt. „In Zukunft wird das Biomining die klassischen Methoden zwar nicht ersetzen können. Dazu sind letztere trotz des hohen Energieverbrauchs bei metallreichen Erzen deutlich effizienter“, sagt Schippers. „Doch immer wenn die Rohstoffpreise hoch sind und so die Ausbeutung metallärmerer Lagerstätten wieder wirtschaftlich wird, kann das Biomining eine echte Alternative sein.“
Seit kurzem wird Biomining auch bei Nickel-, Kobalt- und Zinkerzen eingesetzt, etwa von der finnischen Talvivaara Mining Company. Sie hat ein eigenes Biomining-Verfahren entwickelt, bei dem die Bakterien sogar mehrere verschiedene Metalle gleichzeitig aus ein und derselben Lagerstätte lösen – etwa einem im finnischen Sotkamo, das lange als zu metallarm galt, um wirtschaftlich ausgebeutet werden zu können. Inzwischen ist Talvivaara dank Biomining zu Europas größtem Nickelproduzenten aufgestiegen.
Auf einem anderen Gebiet sei aber noch viel Forschungsarbeit nötig: „Eine Gewinnung von Seltenen Erden mittels Biomining befindet sich noch im Versuchsstadium.“ Doch bei der Wiederaufbereitung und dem Recycling von Industrieabfällen könnten Sulfobacillus und Co. künftig punkten: „Labor- und Pilotstudien haben gezeigt, dass Bakterien Schlacken, die wegen hoher Schwermetallanteile auf einer Deponie landen, wieder aufbereiten können“, sagt Schippers. Angesichts des Restmetallgehalts der Schlacken könnte sich das sogar finanziell lohnen. „Doch die im Labor erprobten Verfahren lassen sich noch nicht wirtschaftlich umsetzen.“ Das könnte sich allerdings schnell ändern, sobald die Rohstoffpreise so stark steigen, dass auch die bakterielle Hebung der Schätze in Schlacken und Elektroschrott in der Gewinnzone landet.