Innovation reduziert Abhängigkeit von Seltenen Erden aus China
Forscher der Pennsylvania State University entwickeln eine Proteintechnologie, um Seltene Erden wie das wertvolle Neodym effizienter und umweltfreundlicher abzutrennen. Das könnte die industrielle Abhängigkeit von China verringern und den Bergbau revolutionieren. LanD, das neu entwickelte Protein, bietet eine nachhaltige Alternative zur chemischen Trennung von Seltenen Erden.
02.01.2025
Durch eine biotechnologische Neuerung der Pennsylvania State University kann die Abhängigkeit westlicher Industrienationen von Seltenen Erden aus China, das in diesem Sektor nahezu ein Monopol innehat, erheblich reduziert werden. Der Forschungsleiter Joseph Cotruvo Jr. und sein Doktorand Wonseok Choi nutzen zur Trennung unterschiedlicher Seltenerdmetalle ein natürlich vorkommendes Protein, das von den beiden Wissenschaftlern jedoch modifiziert wird, um dessen Effizienz zu steigern.
Protein LanD als Schlüssel
Das Protein LanD entfernt gezielt Neodym und Praseodym aus einem Mix von mehreren Seltenerdmetallen. Es hat laut den Experten das Potenzial, den industriellen Bergbau zu revolutionieren. „Jedes Seltenerdelement hat spezifische Eigenschaften, die es für verschiedene Anwendungen nützlich machen. Aber es ist schwierig, sie voneinander zu trennen. Die derzeitigen industriellen Methoden sind ineffizient und erfordern große Mengen giftiger Chemikalien. Eine auf Proteinen basierende Methode könnte diesen Prozess effizienter, umweltfreundlicher und kostengünstiger machen“, so Cotruvo.
Nach Angaben der United States International Trade Commission erfolgt die Einfuhr von nahezu 80 Prozent des Bedarfs an Seltenen Erden in den Vereinigten Staaten. Eine ähnliche Situation zeigt sich auch in anderen Industrienationen. Cotruvo weist darauf hin, dass es in den USA sowie in weiteren Ländern ausreichend Rohstoffe gibt, wie beispielsweise Elektronikschrott, aus dem Seltenerdmetalle extrahiert werden könnten. Allerdings ist die sortenreine Trennung dieser Materialien, um sie industriell verwerten zu können, mit erheblichem Aufwand verbunden und schädlich für die Umwelt, was sie deutlich kostspieliger macht als die Importe.
Für Magnete und Smartphones
Die 17 Seltenen Erden, von denen 15 als Lanthanide bekannte Metalle sind, werden in der Regel in „leichte“ und „schwere“ Kategorien unterteilt, wobei die leichten deutlich häufiger anzutreffen sind. Bedauerlicherweise haben die am häufigsten vorkommenden leichten Seltenerdmetalle, Lanthan und Cer, nur einen geringen wirtschaftlichen Wert. Im Gegensatz dazu sind andere leichte Elemente wie Praseodym und Neodym wesentlich wertvoller. Neodym spielt eine entscheidende Rolle in Permanentmagneten, die in Smartphones sowie in Maschinen für erneuerbare Energien wie Windkraftanlagen Verwendung finden. Oft wird Praseodym für diese Anwendungen zusammen mit Neodym eingesetzt.
Das Labor von Cotruvo hatte bereits ein anderes Protein namens LanM entdeckt, das sich mit hoher Spezifität an sämtliche Seltenerdmetalle bindet. Dieser Vorgang ähnelt einem Schloss-und-Schlüssel-Prinzip, wobei das Protein als Schloss fungiert und das Seltenerdmetall den Schlüssel darstellt. Es gelingt ihnen zwar gut, zwischen den schweren Seltenerdmetallen zu unterscheiden, jedoch haben sie Schwierigkeiten bei der Trennung der leichten Seltenerdmetalle. Dies wird jedoch durch LanD ermöglicht. Dieses wird in seiner natürlichen Form von dem weit verbreiteten Mikroorganismus Methylobacterium extorquens produziert. LanM ist in der Lage, schwere und leichte Seltenerdmetalle zu trennen. Die leichteren Elemente werden dann an LanD übergeben, das bevorzugt das wertvolle Neodym bindet.
