Wissenschaftler der Southern Illinois University haben festgestellt, dass Algen die Konzentration Seltener Erden mehr als verdoppeln können. Das deutet auf eine mögliche Alternative zu chemieintensiven Verfahren hin, während die Vereinigten Staaten ihre heimischen Lieferketten für kritische Mineralien stärken wollen.

Während Regierungen darum ringen, heimische Lieferketten für Seltene Erden abzusichern, ist die Verbesserung der Konzentration und Verarbeitung dieser Metalle ebenso wichtig geworden wie die Erschließung neuer Lagerstätten. Forschende in Kanada versuchen, Kupfer aus Algen zu gewinnen. Die Erforschung einer neuen Kupferquelle in Algen ist ein Beispiel für diese breitere Anstrengung.

Auf dem SIU-Campus in Carbondale, Illinois, sagte die Geologiestudentin Kristina Kohl im Masterstudium, viele Menschen brächten Seltene Erden noch immer vor allem mit Unterhaltungselektronik in Verbindung und übersähen ihre Bedeutung für Verteidigungstechnologien.

„Viele Menschen denken bei Seltenen Erden an Elektronik“, sagte Kohl. „Ihnen ist nicht bewusst, welche große Rolle sie bei der Herstellung von Ausrüstung für unsere nationalen Verteidigungssysteme spielen.“

China dominiert die Industrie für Seltene Erden, fördert etwa 60% des weltweiten Angebots und verarbeitet und trennt rund 90%. Die USA sind der zweitgrößte Produzent mit Aktivitäten in Kalifornien und Georgia, und Washington hat die Verringerung der Abhängigkeit von chinesischen Lieferketten als Priorität der nationalen Sicherheit eingestuft. Das macht jede Methode, die vor der Raffination eine bessere Konzentration ermöglicht oder Metalle aus minderwertigem Material und Abfallströmen zurückgewinnen kann, besonders relevant, da neue Minen oft lange Entwicklungszeiten haben.

Mini-Fluss-Test

Um das neue Extraktionsverfahren zu testen, bauten der Mikrobiologe Scott Hamilton-Brehm und sein Team ein Mini-Flusssystem mit einem 50-Gallonen-(189-l)-Becken, Umwälzpumpen und LED-Beleuchtung, um fließendes Wasser und Sonnenlicht zu simulieren.

Geologen gaben fein gemahlenes, Seltene-Erden-haltiges Gestein hinzu, bevor sie Mikroalgen in das Wasser einbrachten.

Laboranalysen zeigten, dass die Algen die Seltenen Erden nicht nur aufnahmen, sondern ihre Konzentration durch einen Mechanismus, den die Forschenden noch nicht verstehen, um mehr als das Zweifache erhöhten.

Forschung

„Als wir die Analyse aus dem staatlichen Labor erhielten, wurde deutlich, dass die Algen tatsächlich mit den Seltenen Erden interagiert hatten“, sagte Hamilton-Brehm. „Wir wissen nicht wie. Wir wissen nicht warum. Das müssen wir herausfinden.“

Das Team gewann die Seltenen Erden anschließend mit einem patentierten Verfahren zurück, das das organische Material zersetzt. Die verbleibenden Algen könnten als landwirtschaftliche Biostimulanzien verwendet oder zu Biodiesel verarbeitet werden, was zusätzlichen Nutzen schafft und zugleich Abfall reduziert.

Die Technik könnte auch die Abhängigkeit von herkömmlichen Verfahren verringern, bei denen Chemikalien wie Schwefelsäure eingesetzt werden, um umgebende Minerale aufzulösen. Da Seltene Erden auch in Kohleasche, Bergbauabraum und Elektronikschrott vorkommen, könnte das Verfahren langfristig einen saubereren Weg bieten, kritische Mineralien aus Sekundärquellen zu gewinnen und zugleich Abfallströme zu sanieren.

Die Forschenden testen nun weitere Algenarten, um festzustellen, ob diese die Konzentration Seltener Erden noch weiter erhöhen, und bereiten einen Antrag bei der National Science Foundation vor, um die Arbeit auszuweiten. Hummer sagte, das Projekt zeige den Wert interdisziplinärer Forschung, indem Geologie und Mikrobiologie zusammengebracht würden, um Herausforderungen bei der Entwicklung kritischer Mineralien zu lösen.

Crypto volcano

Die Forschenden prüfen zudem Hicks Dome im Hardin County, Illinois, als potenzielle heimische Quelle Seltener Erden.

Der außerordentliche Professor Daniel Hummer sagte, der Ort sei ein Crypto-Vulkan, bei dem Magma, das die Oberfläche nicht erreichte, mineralreiche Intrusionen bildete und über heiße, mineralhaltige Fluide zusätzliche Seltene Erden in die umliegende Brekzie einlagerte.

Die Arbeit zeigt, wie bislang übersehene Lagerstätten attraktiver werden könnten, wenn sich Förderkosten und Umweltauswirkungen senken lassen.