BGR-Forscher suchen neue Mikroorganismen für den Bio-Bergbau

„Biomining“ hat sich etabliert. Metalle wie Kupfer, Zink oder Nickel werden zunehmend mit Mitteln der Biotechnologie gewonnen. Der gezielte Einsatz von Mikroorganismen ist aber auch eine Option für die Sanierung von Bergbaualtlasten, wie BGR-Wissenschaftler im Rahmen eines Forschungsprojekts in Chile zeigen wollen.

Für dieses Projekt, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, haben sich die BGR-Geomikrobiologen die Atacama-Wüste in Chile ausgewählt. Sie gilt als die trockenste Region der Erde. In den Rückständen einer stillgelegten Kupfermine, die sich an der Küste des Pazifischen Ozeans befindet, untersuchen die BGR-Wissenschaftler gemeinsam mit Prof. Dr. Bernhard Dold in Chile das Verhalten von Mikroorganismen. Die Wüsten-Bakterien, die die Abraumhalde bevölkern, produzieren aufgrund des Zuflusses von Wasser aus dem nahen Pazifik saure Grubenwässer („acid mine drainage“), die die Umwelt schädigen. Darin enthalten sind auch Metalle, die von den Mikroorganismen aus den Erzrückständen der Halde freigesetzt werden

Die Haldenebene an der Küste des Pazifischen Ozeans Quelle: BGR

Entnahme von Proben aus der stark salzhaltigen, sulfidischen Bergbauhalde in der Bucht von Chañaral in der Atacama-Wüste Quelle: BGR

„Was auf der Abraumhalde in der Atacama-Wüste auf ganz natürliche Art und Weise geschieht, ist nichts anderes als das Konzept von Biomining – die gezielte biologische Gewinnung der im Erz enthaltenen Metalle“, erklärt Prof. Dr. Axel Schippers, Leiter des BGR-Arbeitsbereichs Geomikrobiologie und verantwortlich für das Projekt. Gemeinsam mit seinen Wissenschaftskollegen möchte er die Mikroorganismen nach diesem Naturprinzip auch zur Sanierung von Bergbaualtlasten einsetzen. „Wenn man die Mikroben mit biotechnologischen Mitteln gezielt zum Auswaschen der in den Erzresten verbliebenen Metallgehalte stimuliert, gewinnt man den Wertstoff und saniert zugleich die Halde – eine ‚win-win’-Situation, die sich auch wirtschaftlich rechnet“, erläutert Schippers.

Zwei Wissenschaftler nehmen pH-Messungen an Haldenproben vor Quelle: BGR

Die Idee der so genannten Bioremediation von Bergbaualtlasten basiert auf dem Erfolg des Biomining. Rund 15 Prozent der weltweiten Kupferproduktion stammen bereits aus der Biolaugung. Hierbei wird das Erz in Halden aufgeschichtet. Die Mikroorganismen, zu denen u.a. die Gattungen Acidithiobacillus, Acidimicrobium oder Sulfobacillus gehören, wandeln in den Halden die Metallsulfide in den Erzen auf biologische Weise in Metallsulfate um. Das Metall geht dabei in Lösung („pregnant solution“) und wird anschließend aus der aufgefangenen Lösung extrahiert. Eine zweite Anwendung von Biomining ist die Biooxidation. Hierbei lösen Mikroben ein wirtschaftlich uninteressantes Mineral wie z.B. Arsenopyrit auf und setzen dabei das gewinnbringende Metall frei. Bei der Biooxidation hat sich vor allem die Goldgewinnung aus Refraktärerzen in großen Tankanlagen etabliert.

Biomining ist Umwelt und Energie schonender als die bisher eingesetzte Methode des so genannten „Smelting“. Dabei werden die Erzkonzentrate erhitzt, um das weitere Konzentrieren der Metalle zu ermöglichen. Bei der Reduktion der Metallsalze wird Kohle eingesetzt. Der  chemische Prozess führt zum Ausgasen von Schwefelsäure.

So spricht viel für den biologischen Abbau von Metallrohstoffen. Auch stark nachgefragte „Hightechmetalle“ wie Indium, Gallium oder Germanium könnten möglicherweise auf diese Weise gewonnen werden.

Die Mikroben aus der Atacama-Wüste könnten dabei helfen, die Entwicklung des Bio-Bergbaues nachhaltig zu fördern. „Die Mikroben sind nicht nur gegen die extreme Trockenheit resistent, ihr Stoffwechsel funktioniert auch bei Salzwasser“, erklärt Schippers. „Wenn es uns gelingt, die Bakterien im Labor zu kultivieren, ließen sich diese weltweit für das Biomining und die biologische Sanierung von Abraumhalden einsetzen, insbesondere in Bergbauregionen mit großer Trockenheit, die nicht über ausreichend Süßwasser verfügen“, so der Wissenschaftler.