Forscher der Southern Illinois University in den Vereinigten Staaten haben festgestellt, dass Algen die Konzentration Seltener Erden mehr als verdoppeln können. Dies deutet auf eine mögliche Alternative zu chemieintensiven Aufbereitungsverfahren hin, während die USA daran arbeiten, heimische Lieferketten für kritische Mineralien zu stärken.

Die Universität beschrieb die Forschung in einer offiziellen Mitteilung: SIU-Wissenschaftler nutzen Algen, um die Konzentration Seltener Erden zu verdoppeln.

Während Regierungen versuchen, die heimische Versorgung mit Seltenen Erden zu sichern, ist die Fähigkeit, die Metalle zu konzentrieren und aufzubereiten, nahezu ebenso wichtig geworden wie die Erschließung neuer Lagerstätten. Seltene Erden sind eine Gruppe von 17 Metallen, die in Magneten, Elektronik, Energiesystemen und militärischer Ausrüstung verwendet werden; ihre Trennung vom umgebenden Gestein kann technisch schwierig sein. Seltene Erden werden häufig mit Unterhaltungselektronik in Verbindung gebracht, doch die Geologie-Doktorandin Kristina Kohl sagte, ihre Rolle in Verteidigungstechnologien werde oft unterschätzt.

„A lot of people think of electronics when it comes to rare earth,” sagte Kohl. „They don’t realize how big of a role they play in producing equipment for our national defence systems.”

China bleibt die dominierende Kraft in der Seltene-Erden-Industrie: Das Land fördert etwa 60% des weltweiten Angebots und verarbeitet sowie trennt rund 90%. Die USA sind der zweitgrößte Produzent, mit Betrieben in California und Georgia, und Washington hat die Verringerung der Abhängigkeit von chinesischen Lieferketten als Priorität der nationalen Sicherheit eingestuft.

Die Forscher der Southern Illinois University untersuchen außerdem Hicks Dome im Hardin County, Illinois, als potenzielle heimische Quelle Seltener Erden. Associate Professor Daniel Hummer sagte, der Standort sei ein Kryptovulkan, bei dem Magma, das die Oberfläche nicht erreichte, mineralreiche Intrusionen bildete. Heiße, mineralhaltige Fluide lagerten zudem weitere Seltene Erden in nahegelegener Brekzie ab.

Die Forschung verdeutlicht, wie zuvor übersehene Lagerstätten attraktiver werden könnten, wenn sich Förderkosten und Umweltauswirkungen verringern lassen. Sie hebt außerdem eine umfassendere Herausforderung für die US-Politik zu kritischen Mineralien hervor: Die heimische Versorgung hängt nicht nur vom Bergbau ab, sondern auch davon, wirtschaftliche und weniger abfallintensive Wege zu finden, Metalle aus unterschiedlichen Quellen zu konzentrieren, zu trennen und zurückzugewinnen.

Sauberere Gewinnung

Um den Gewinnungsansatz zu testen, bauten der Mikrobiologe Scott Hamilton-Brehm und sein Team ein Miniatur-Flusssystem mit einer 50-Gallonen-Wanne, Umwälzpumpen und LED-Beleuchtung, um fließendes Wasser und Sonnenlicht nachzuahmen. Geologen fügten anschließend fein gemahlenes Gestein hinzu, das Seltene Erden enthielt, bevor sie Mikroalgen in das Wasser einbrachten.

Laboranalysen zeigten, dass die Algen die Seltenen Erden aufnahmen und ihre Konzentration um mehr als das Doppelte erhöhten. Die Forscher haben den Mechanismus hinter diesem Ergebnis noch nicht bestimmt, ein wichtiger Schritt, bevor der Ansatz über kontrollierte Laborbedingungen hinaus bewertet werden kann.

„When we received the analysis from the state lab, it became evident that the algae did interact with the rare earth,” sagte Hamilton-Brehm. „We don’t know how. We don’t know why. We’re going to have to figure it out.”

Das Team gewann die Seltenen Erden anschließend mithilfe eines patentierten Verfahrens zurück, das das organische Material abbaut. Die verbleibenden Algen könnten potenziell als landwirtschaftliche Biostimulanzien genutzt oder zu Biodiesel verarbeitet werden, wodurch zusätzlicher Wert entsteht und Abfall reduziert wird.

Die Methode könnte auch die Abhängigkeit von herkömmlichen Aufbereitungstechniken verringern, bei denen Chemikalien wie Schwefelsäure eingesetzt werden, um umgebende Mineralien aufzulösen. Da Seltene Erden auch in Kohleasche, Bergbauabfällen und Elektronikschrott vorkommen, sagten die Forscher, das Verfahren könne langfristig eine sauberere Möglichkeit bieten, kritische Mineralien aus Sekundärquellen zurückzugewinnen und zugleich zur Sanierung von Abfallströmen beizutragen.

Die Forscher testen nun weitere Algenarten, um zu prüfen, ob sie die Konzentrationen Seltener Erden weiter erhöhen können. Außerdem bereiten sie einen Antrag bei der National Science Foundation vor, um die Arbeit auszuweiten. Hummer sagte, das Projekt zeige den Wert interdisziplinärer Forschung, indem es Geologie und Mikrobiologie zusammenbringe, um Herausforderungen bei der Entwicklung kritischer Mineralien anzugehen.