Metallrückgewinnung aus Abwässern: Das Projekt „Biomimic“

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Foto: Pixabay

Industrielle Abwässer enthalten schwach konzentrierte kritische Metalle. Um diese rückzugewinnen, haben zehn europäische Partner im Projekt „Biomimic“ zwei Prozesse weiterentwickelt.

Zum Projektteam gehörten auch zwei deutsche Partner: Das Fraunhofer ISI hat die Verfahren im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Ökologie sowie auf ihren Beitrag zur Versorgungssicherheit untersucht. G.E.O.S. hat ein biotechnologisches Verfahren entwickelt, das Metalle und Sulfat aus Grubenwässern beseitigen kann.

Im Projekt „Biomimic“ wurden Verfahren weiterentwickelt, mit denen sich kritische Metalle aus industriellen Abwässern rückgewinnen lassen. Zehn europäische Partner aus Wissenschaft und Industrie betrachteten dafür drei Abwasserströme: Grubenwässer aus stillgelegten Bergbaustollen in Sachsen, Sickerwasser aus der Rotschlammlagerung einer Aluminiumoxid-Herstellungsanlage in Irland sowie Lösungen, die bei der Laugung von Aschen aus einer schwedischen Müllverbrennung anfallen.

Als Koordinator der deutschen Teilprojekte leitete das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI das Teilvorhaben „Impact“. Die Wissenschaftler sollten den potenziellen Nutzen der in „Biomimic“ entwickelten Verfahren im Hinblick darauf bewerten, welchen Beitrag sie zur Versorgungssicherheit der EU mit kritischen Rohstoffen leisten können, wie sie ökonomisch realisierbar sind und welche ökologischen Vor- und Nachteile sie haben.

Sulfatreduktionsverfahren entwickelt

Der zweite deutsche Verbundpartner, die G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH, entwickelte im Teilvorhaben „Verfahrenstechnik“ ein Sulfatreduktionsverfahren und demonstrierte es im kleintechnischen Maßstab. Damit lassen sich metall- und sulfathaltige Wässer unter Verwendung eines Bewegtbettbioreaktors erfolgreich behandeln: Mehr als 90 Prozent der Metalle werden als Metallsulfide abgetrennt, mehr als 99 Prozent der toxischen Substanzen und mehr als 60 Prozent des Sulfats werden entfernt. Ein Vorteil des Verfahrens ist der geringe regeltechnische Aufwand, da es ohne Gaszufuhr auskommt. Weiterhin ist die nicht verwertbare Reststoffmenge mit einem Zehntel des Ausgangsprodukts deutlich geringer als bei chemischen Behandlungsverfahren.

Auch die Ergebnisse der anderen Projektpartner zeigen, dass sich Prozesse mit sulfatreduzierenden Bakterien sehr gut eignen, um metall- und sulfathaltige Wässer zu reinigen und die Wertmetalle rückzugewinnen. Zur Aufbereitung des Sickerwassers aus der Aluminiumoxid-Herstellungsanlage wurde eine Anlage für ein Biosorptionsverfahren fertiggestellt.

Prozesse können helfen, lokale Umweltprobleme zu lösen

Die Impact-Bewertung des Fraunhofer ISI zeigt, dass die in „Biomimic“ weiterentwickelten Verfahren technisch in der Lage sind, Metallverunreinigungen aus den betrachteten Abwasserströmen zu entfernen. Der potenzielle Beitrag dieser Aufbereitung zur EU-Versorgungssicherheit ist zwar eher gering, die Potenziale zur Lösung lokaler Umweltprobleme sind aber nicht zu vernachlässigen.

Um jedoch eine eindeutig umweltgerechtere und wirtschaftlich realisierbare Alternative zu rein chemischen Behandlungen der Abfallströme zu werden, müssen beide Verfahren hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Leistung weiter optimiert werden: Der Prozess mit sulfatreduzierenden Bakterien ließe sich unter anderem verbessern, indem die Energieeffizienz gesteigert wird, zudem könnten andere Abfallströme genutzt werden, um Energie und Kohlenstoff für den Prozess zur Verfügung zu stellen. Beim Biosorptionsverfahren hat die Nutzung von Biokohle gegenüber Hydrokohle ökologische und ökonomische Vorteile.

Projektleiterin Dr. Sabine Langkau, die am Fraunhofer ISI das Geschäftsfeld Nachhaltigkeitsinnovationen und Politik leitet, betont: „Die Aufbereitung von industriellen Abwässern bietet oft keine ökonomischen Gewinnmöglichkeiten für Unternehmen, selbst wenn diese Abwasserströme wie in den hier untersuchten Fällen versorgungskritische Metalle enthalten. Daher bedarf es auch weiterhin gesetzlicher Vorgaben wie beispielsweise der aktuellen EU-Wasserrahmenrichtlinie, um Abwasserbehandlungsverfahren in die Anwendung zu bringen und damit lokale Umweltprobleme zu lösen. Darüber hinaus kann eine Bewertung der ökologischen und ökonomischen Auswirkungen der Verfahren unter Berücksichtigung der eingesetzten Energie- und Chemikalienmengen helfen, die Verfahren zu optimieren und das am besten geeignete Verfahren auszuwählen.“

Über das Projekt

Das Projekt „Biomimic“ bestand aus mehreren Teilprojekten, an denen zehn europäische Partner innerhalb der transnationalen Ausschreibung des ERA-Nets ERA-MIN 2 gefördert wurden. Die deutschen Teilprojekte „Impact“ und „Verfahrenstechnik“ wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Abschlussbericht und Kurzfassung

Quelle: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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