REEcovery - Rare Earth Element Recovery

Die Seltenerdelemente (SEE, umgangssprachlich auch Seltene Erden) fassen eine Gruppe von Elementen aus dem periodischen System der Elemente zusammen, die große Bedeutung für das digitalisierte Zeitalter hat. SEE stecken in vielen Hightech-Geräten wie Smartphones, Elektroautos und Windrädern und ermöglichen damit unseren vernetzten Alltag, wichtige medizinische Behandlungen und die Energiewende. In jüngerer Zeit gerieten sie wiederholt in den Fokus von politischen und wirtschaftlichen Diskussionen über Ressourcenabhängigkeit weltweit, auch im Rahmen des Ukrainekriegs. Das Recycling von Seltenerdelementen (SEE) aus Alltagsgegenständen steckt noch in den Kinderschuhen. Durch hohe Recyclingkosten passiert das zur Zeit nur bei einem Bruchteil der Produkte, obwohl man so die Umwelt schützen und Europa wirtschaftlich unabhängiger machen könnte. Das biochemische Recycling von SEEs bietet sich dafür an: manche Bakterien können die SEE zum Wachsen verwenden und sich somit einverleiben, wodurch man dann reine SEE zurückgewinnen kann. Einen Beitrag hierzu möchte das Projekt REEcovery leisten, indem es gemeinsam mit Schüler*innen die Rolle von Bakterien für das Recycling untersucht.

Für das Projekt müssen Bodenproben in NRW gesammelt werden. Dafür besuchen wir als Forschende Schulklassen und stellen in einem kurzen Exkurs die Seltenerdelemente und ihre Bedeutung vor. Anschließend geben wir Probenkits aus, mit denen Schüler:innen dann Bodenproben nehmen können. Circa zwei Wochen später wollen wir die Proben einsammeln und im Labor analysieren. Für die Teilnahme gibt es zwei Möglichkeiten: Lehrkräfte können Schulklassen (weiterführende Schulen, Berufsschulen) über die Projektwebseite anmelden, oder Einzelpersonen können uns per Email kontaktieren, und wir finden individuelle Absprachen zur Aushändigung des Probenkits. Beim Schulbesuch folgen wir grob dem Ablauf: Projektvorstellung im Rahmen einer halben Unterrichtsstunde, Aushändigen der Kits an die Schüler*innen, eigenständige Probennahme außerhalb des Unterrichts (Internetzugang benötigt für einen Fragebogen zur Probe) und zweiter Schulbesuch 2-3 Wochen später zum Einsammeln der Proben. Wenn du das hier also als Schüler*in liest: pitch das Projekt deiner Lehrkraft oder melde dich direkt als Probensammler*in per Email an.

Die Bodenproben analysieren wir bei uns im Labor auf ihre elementare Zusammensetzung und das Vorkommen bestimmter Bakterienarten sowie die Zahl der darin vorhandenen SEE- nutzende Bakterien. Die Ergebnisse kommunizieren wir anschließend mit den teilnehmenen Schulklassen und Schüler*innen. Die seltenerdelementare Zusammensetzung der Bodenproben wird mithilfe einer Technik namens ICP-OES bestimmt. Dafür wird ein kleiner Teil der Bodenprobe (< 1g) mit starker Säure behandelt, bis sich die Erde gelöst hat und alle Probenbestandteile in Lösung vorliegen. Wenn man dieses Probengemisch dann sehr stark erhitzt (~ 10 000 °C), geben die enthaltenen Elemente Licht unterschiedlicher Wellenlängen frei (sozusagen unterschiedlicher Farben), und daran erkennt man, welche Elemente in der Probe enthalten sind. Zusätzlich prüfen wir, ob in der Probe SEE-nutzende Bakterien vorhanden sind. Dafür setzen wir die Bodenprobe starken mechanischen Kräften aus, unter deren Einwirkung die im Boden vorhandene Bakterien-DNA freigesetzt wird. Diese analysieren wir auf das Vorhandensein des xoxF-Gens. Die Detektierung des xoxF-Gens in Bodenproben lässt Rückschlüsse darauf zu, ob in den Proben SEE-nutzende Bakterien sind, da nur solche Bakterien dieses Gen aufweisen. Auf unserer Website finden Teilnehmer*innen und Interessierte einen Blog, auf dem sie der aktuellen Entwicklung des Projekts folgen können und auch ausführliche Hintergrunderklärungen zum Thema finden. Alternativ informieren wir auch auf Instagram unter reecovery.hhu über den Projektverlauf.

Das REEcovery Projekt kommt dabei aus dem Bereich der Mikrobiologie und beschäftigt sich mit Ressourcenknappheit, Nachhaltigkeit und innovativen Recyclingstrategien. SEE-Abbaustätten sind weltweit nur auf ein paar wenige Länder verteilt, allen voran China, und es besteht die berechtigte Sorge einer ungleichen Abhängigkeit. Könnten die im Umlauf befindlichen SEE, die vor allem in Elektroschrott zu finden sind, preisgünstig und umweltfreundlich recycelt werden, ergäben sich daraus zwei Vorteile: Europa wäre wirtschaftlich eigenständiger und damit auch weniger abhängig von politischen Akteuren mit Gewalt über die SEE-Verteilung, und die Umweltbelastung durch den SEE-Abbau in Tagebauten und Minen würde stark gesenkt werden. REEcovery möchte sich damit beschäftigen, ob und wie in der Natur überhaupt Bakterien im Boden vorkommen, die über die passenden Eigenschaften zum Recycling verfügen. Durch die parallele Bestimmung der SEE-Elemente in Bodenproben und des Vorkommens von SEE-nutzenden Bakterien wollen wir erkennen, welche Gegebenheiten für das Wachstum der Bakterien nötig sind. Wirtschaftlich interessant wird es, wenn Bakterien zwischen den ähnlichen SEEs unterscheiden können, und nur ein Element aus der Gruppe einbauen ("Selektivität"). Diese Fähigkeit könnte man dann beim Recycling ausnutzen, und so aus SEE-Mischungen in Elektroschrott wieder reine SEEs erhalten. Diese Schritte sind noch weit weg, zeigen aber eine Zukunftsvision von nachhaltigen Recyclingstrategien auf.