Weltweit fallen jährlich mehrere zehn Milliarden Tonnen Bergbauabfälle an, die einen erstaunlichen Wert an kritischen Mineralien bergen, jedoch aufgrund der hohen Kosten und Umweltrisiken herkömmlicher chemischer Extraktionsverfahren lange Zeit „schlummern“. Ein Forschungsteam der University of Queensland hat eine überraschende Antwort gefunden – Pilze sollen die Abfälle „fressen“ und Metalle ausspucken. Diese Technologie, die von den Forschern scherzhaft als „Superhelden, die Superkräfte erlangen“ bezeichnet wird, verwandelt Bergbauabfälle von einer Umweltbelastung in eine grüne Ressource.

„Schlummernde Schätze“ in Tailings und das Dilemma der chemischen Extraktion

Die globale Bergbauindustrie produziert jährlich mehrere zehn Milliarden Tonnen Tailings. Diese Abfälle beanspruchen nicht nur große Landflächen und bergen Umwelt- und Sicherheitsrisiken wie Dammbrüche, sondern enthalten auch Spuren kritischer Mineralien wie Vanadium und Scandium. Mit der steigenden Nachfrage nach kritischen Mineralien für die globale Energiewende und die Herstellung hochmoderner Chips ist der „sekundäre Bergbau“ aus Tailings zu einer wichtigen Ressourcenstrategie geworden.

Die derzeitigen Lösungen haben jedoch deutliche Nachteile. Herkömmliche Extraktionsverfahren basieren auf chemischer Laugung – dem Einsatz starker Säuren und organischer Lösungsmittel, um Metalle aus den Abfällen zu lösen. Diese Methode ist nicht nur teuer, sondern erzeugt auch große Mengen giftiger Abwässer, was zu einer sekundären Verschmutzung führt und in das Dilemma gerät, „eine Verschmutzung zu bekämpfen und eine andere zu erzeugen“.

Pilzen „Superkräfte“ verleihen

Ein Team unter der Leitung von Dr. Denys Villa-Gomez, Umweltingenieur an der University of Queensland, hat am neu errichteten 70 Millionen australischen Dollar teuren Bio-Sustainability Centre der Universität eine auf technischen Pilzen basierende Bio-Laugungstechnologie entwickelt. Die Kernpunkte dieser Technologie sind:

Höhepunkt 1: Adaptive Laborevolution – vom „gewöhnlichen Pilz“ zum „Superpilz“

Das Forschungsteam sammelte natürlich vorkommende Pilzstämme aus Minenumgebungen und kultivierte diese Pilze mithilfe adaptiver Laborevolution unter extrem toxischen Bedingungen und harschen Anforderungen kontinuierlich. Nur die stärksten Individuen überlebten und vermehrten sich. Nach mehreren Generationen der Selektion entstanden schließlich „Superpilze“, die hohe Konzentrationen von Schwermetallen und saure Umgebungen tolerieren können.

Höhepunkt 2: Natürliche metabolische Säureproduktion – eine sanfte und effiziente „Biofabrik“

In fortschrittlichen Bioreaktoren werden die technischen Pilze mit Bergbauabfällen und Nährstoffen gemischt. Während ihres Stoffwechsels scheiden die Pilze auf natürliche Weise organische Säuren aus. Diese organischen Säuren zersetzen die Mineralstruktur der Abfälle und setzen die darin eingeschlossenen Metalle in die Flüssigkeit frei. Anschließend können die Metalle aus der Flüssigkeit zurückgewonnen und wiederverwendet werden.

Höhepunkt 3: Nachgewiesene Extraktionsfähigkeit für hochwertige Mineralien

Das Forschungsteam hat die Wirksamkeit des Verfahrens bei der Extraktion hochpreisiger kritischer Mineralien wie Vanadium und Scandium nachgewiesen. Vanadium ist ein Schlüsselrohstoff für Luft- und Raumfahrtlegierungen und Energiespeicherbatterien, während Scandium ein Kernmaterial für die nächste Generation von Halbleitern und Brennstoffzellen ist. Diese Mineralien sind in der Elektronik- und Mikrochip-Herstellung unverzichtbar.

Warum sind Pilze klüger als Chemie?

Die Logik der herkömmlichen chemischen Laugung ist „mit stärkeren Säuren lösen“ – je stärker, desto besser, aber die Umweltkosten steigen entsprechend. Die innovative Logik des Teams der University of Queensland ist „mit lebenden Fabriken extrahieren“ – die Pilze als mikroskopische Biofabriken nutzen, um die Freisetzung und Anreicherung von Metallen bei Raumtemperatur und Normaldruck zu ermöglichen. Die Vorteile dieses Ansatzes sind:

Keine starken Säuren erforderlich: Die von den Pilzen abgesonderten organischen Säuren sind mild und kontrollierbar und erzeugen keine giftigen Abwässer;

Doppelter Nutzen: Während der Metallextraktion trägt die Stoffwechselaktivität der Pilze selbst zur **Detoxifikation (Entgiftung)** der Tailings bei und hilft, die Minenumgebung zu sanieren;

Niedriger Energieverbrauch: Der biologische Prozess läuft bei Raumtemperatur ab, ohne hohe Temperaturen oder Drücke;

Einsetzbarkeit: Zukünftig könnten Tailings direkt vor Ort in Minen behandelt werden.

Der Weg zum „grünen Bergbau“ vom Labor zur Mine

Erschließung kritischer Mineralien in globalen Tailings-Mengen

Der Wert der in globalen Bergbau-Tailings enthaltenen kritischen Mineralien ist kaum abzuschätzen. Sobald diese Technologie skaliert ist, werden diese lange als „Umweltverbindlichkeiten“ betrachteten Abfälle in wirtschaftlich nutzbare sekundäre Ressourcen umgewandelt, was die Versorgungskanäle für kritische Mineralien erheblich erweitert.

Reduzierung geopolitischer Risiken bei der Versorgung mit kritischen Mineralien

Die globalen Lieferketten für kritische Mineralien wie Vanadium und Scandium sind stark konzentriert und weisen ein hohes geopolitisches Risiko auf. Diese Technologie ermöglicht es Ländern, diese strategischen Materialien aus den „Abfällen“ ihrer eigenen Minen zurückzugewinnen und so die Ressourcenautonomie zu stärken.

Förderung der grünen Transformation des Bergbaus

Vor dem Hintergrund zunehmend strengerer globaler CO₂-Bepreisung und ESG-Investitionen bietet diese Technologie Bergbauunternehmen eine sowohl wirtschaftliche als auch umweltfreundliche Lösung für die Tailings-Behandlung. Wie Professor Esteban Marcellin, Direktor des Bio-Sustainability Centre, sagte: „Wir nutzen modernste synthetische Biologie, um Mikroorganismen und biologische Systeme zu verändern und Abfälle, Emissionen und minderwertige Materialien in nachhaltige, hochwertige Produkte umzuwandeln.“

Von der Tailings-Behandlung zur In-situ-Sanierung

Das langfristige Ziel des Forschungsteams ist es, diese Pilze in realen Minenumgebungen einzusetzen, um gleichzeitig Mineralien zurückzugewinnen und das Land zu sanieren. Derzeit steht das Team in Kontakt mit Industriepartnern, um die Feldtests der Technologie voranzutreiben.

Neudefinition der Grenze zwischen „Abfall“ und „Ressource“

Der tiefere Wert dieser Forschung liegt in der Neudefinition der Eigenschaften von Bergbauabfällen. Bisher waren Tailings der „Endpunkt“ der Bergbauproduktion – eine Umweltbelastung, die Geld für die Entsorgung kostete. Jetzt, durch die Integration von synthetischer Biologie und Bioingenieurwesen, werden Tailings zum „Startpunkt“ – einer Ressource, die kontinuierlich Wert generieren kann.

Dr. Villa-Gomez‘ Metapher ist am treffendsten: „Das ist, als ob Superhelden durch Strahlung Superkräfte bekommen.“ Wenn Pilze die Fähigkeit „entwickeln“, giftige Abfälle zu verarbeiten, könnte das „Abfallproblem“ der Bergbauindustrie eine grüne und effiziente Antwort finden.