Forscher entdecken Protein zur Trennung von Seltenen Erden

Werden Seltenerdelemente schon bald im großen Stil umweltfreundlich und effizient voneinander trennbar sein?

Wissenschaftlern der Pennsylvania State University (kurz: Penn State) ist es gelungen, eine biologische Methode zur Trennung einzelner Seltenerdelemente zu entwickeln, wofür sie ein natürliches Protein verwendet haben. Dies geht aus einer Pressemitteilung der Universität hervor.  

Seltene Erden kommen nicht einzeln, sondern immer im Verbund vor. Die sehr ähnlichen Elemente werden jeweils in unterschiedlichen Technologien wie Erneuerbaren Energien oder der Unterhaltungselektronik eingesetzt und müssen daher voneinander getrennt werden. Dies geschieht derzeit in sehr aufwendigen Verfahren, bei denen unter anderem auch giftige Chemikalien eingesetzt werden. Die nun erforschte Methode könnte eine Alternative darstellen.

Forscher der Penn State University haben entdeckt, dass ein Protein, das natürlicherweise in einem aus Stieleichenknospen isolierten Bakterium (Hansschlegelia quercus) vorkommt, die Fähigkeit besitzt, zwischen Seltenen Erden zu unterscheiden [Übersetzt: Rohstoff.net]. Photo: Penn State.

Protein trennt Seltenerdoxide voneinander

Für die Entwicklung des neuen Verfahrens hat man von der Natur abgeschaut. Zur Trennung der einzelnen Seltenen Erden nutzten die Forscher ein natürliches Protein, das sogenannte Lanmodulin, welches sie dem Bakterium Hansschlegelia quercus aus Eichenknospen entnahmen. Dieses zeichnet sich im Unterschied zu Lanmodulin aus anderen Bakterien vor allem durch seine Fähigkeit aus, die einzelnen Seltenen Erden und damit sehr kleine Größen voneinander unterscheiden zu können. Grund dafür ist die Eigenschaft des Proteins, sich mit einem anderen Molekül zu einer neuen Einheit – dem sogenannten Dimer – zu verbinden. Konkret bedeutet das, dass Lanmodulin leichte Seltenerdelemente wie Neodym stark an sich bindet. Wenn das Protein hingegen mit schweren Seltenerdelementen wie Dysprosium in Kontakt tritt, bindet es dieses deutlich weniger stark an sich und bevorzugt die Form eines Einzelmoleküls, also eines Monomers.

Im weiteren Forschungsverlauf fand man heraus, dass mithilfe dieser Methode leichte und schwere Seltenerdelemente in einem einzigen Schritt bei normaler Raumtemperatur und ohne chemische Lösungsmittel voneinander getrennt werden können.

Auf dem Weg zur grünen Technologie? 

Laut einem der beteiligten Wissenschaftler, Joseph Cotruvo Jr., erhoffe man sich zudem, das entwickelte Verfahren so zu optimieren, sodass auch die größte Herausforderung zu meistern sei: Seltene Erden, die im Periodensystem direkt nebeneinander liegen, voneinander zu trennen. Aktuell sei es nur möglich, schwere und leichte Seltenerdelemente zu separieren.

Der Leiter der Forschungsgruppe, Joseph Cotruvo Jr., bei der Arbeit im Labor. Photo: Patrick Mansell / Penn State.

Im Anschluss plane die Forschergruppe, die bereits einen Patentantrag eingereicht hat, das Verfahren zu vermarkten, wie aus der Pressemitteilung der Penn State weiter hervorgeht. Mithilfe der neuen Methode sei es schließlich denkbar, Abbau- und Recyclingverfahren für die gesamte, auf Seltene Erden angewiesene Technologiebranche umweltfreundlicher und effizienter zu gestalten.

Der ausführliche Bericht zur Studie ist im Magazin Nature zu finden.

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Beitragsbild: Patrick Mansell / Penn State