US-Entwickler Battelle stellt Protein-basierte Seltene-Erden-Trenntechnik mit über 90 % Reinheit vor

de.wedoany.com-Bericht: Das US-amerikanische Unternehmen Battelle hat eine proteinbasierte Trenntechnik für Seltene Erden entwickelt, die US-Herstellern eine Recyclinglösung mit reduzierten Verarbeitungsschritten bieten könnte. Die Technologie nutzt modifizierte kalziumbindende Proteine und kann in einem einstufigen Verfahren Lanthan und Neodym mit einer Reinheit und Ausbeute von über 90 % trennen.

Seltene Erden sind wichtige Materialien für Elektrofahrzeuge, Permanentmagnete in Windturbinen sowie für Smartphones, Verteidigungsausrüstung und fortschrittliche Computerhardware. Da sich viele Seltenerdelemente bei herkömmlichen chemischen Trennverfahren ähnlich verhalten, gehört die Trennung und Verarbeitung zu den schwierigsten Schritten in der Mineralstofflieferkette. Mit der wachsenden Nachfrage nach entsprechenden Anwendungen sucht die USA nach Wegen, die Verwundbarkeit der Lieferkette für kritische Mineralien zu verringern. Die neue Trenntechnik könnte dazu beitragen, die inländischen Verarbeitungsoptionen zu erweitern, ohne sich vollständig auf bestehende chemische Verfahren verlassen zu müssen.

Das Forschungsteam von Battelle hat die chemieingenieurtechnische Herausforderung auf die biologische Ebene verlagert. Sie entwickelten kalziumbindende Proteine, die auf molekularer Ebene zwischen verschiedenen Seltenerdelementen unterscheiden können, und modifizierten kalziumbindende Peptide, sodass die Proteine selektiv mit bestimmten Seltenerdelementen interagieren können. Das Verfahren erfordert daher keine wiederholten chemischen Behandlungen; die Ziellemente im gemischten Stoffstrom können direkt von den konstruierten Proteinen erkannt werden.

In Tests mit simulierten Laugungslösungen und industriellen Rohstoffen bestätigte das Team, dass die Methode auch nicht mit Seltenen Erden verwandte Ionen aus dem Stoffstrom entfernen kann. In einstufigen Trennversuchen mit Lanthan und Neodym lagen Reinheit und Ausbeute jeweils über 90 %.

Die Forschungsleiterin bei Battelle, Dr. Kate H. Kucharzyk, ist der Ansicht, dass die Biologie den Werkzeugkasten für die Mineralstoffrückgewinnung erweitern kann. Sie sagte: „Die Biologie könnte wichtige neue Bausteine für Trenn- und Rückgewinnungslösungen liefern. Konstruierte Proteine können Seltenerdelemente mit außergewöhnlicher Präzision selektiv erkennen und trennen.“

Die Forschung wurde vom Programm „Environmental Microbes as a Bioengineering Resource“ der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) gefördert. Battelle gibt an, dass das Proteinverfahren Potenzial für die Skalierung auf kommerzielle Anwendungen besitzt.

Der Weg vom Labor zur industriellen Anwendung birgt weiterhin technische Herausforderungen. Die Verarbeitung großer Materialmengen könnte erhebliche Änderungen bei der Proteinproduktion, -rückgewinnung und Systemauslegung erfordern. Die Forscher müssen außerdem bestätigen, wie sich die konstruierten Proteine bei verschiedenen Rohstoffen und unter realen Betriebsbedingungen verhalten, da industrielle Mineralrohstoffe eine komplexe Zusammensetzung aufweisen und sich von kontrollierten Laborproben unterscheiden.

Die Haltbarkeit der Proteine über wiederholte Verarbeitungszyklen ist ebenfalls entscheidend; jedes kommerzielle System muss eine stabile Trennleistung aufrechterhalten und gleichzeitig die Betriebskosten kontrollieren. Diese Demonstrationsarbeit zeigt einen Schnittpunkt zwischen Biotechnologie und Mineralverarbeitung auf – konstruierte Proteine könnten letztlich ein neues Werkzeug für die inländische Rückgewinnung strategischer Materialien in den USA bieten.