Ein Forschungsteam der US-amerikanischen Cornell University hat mithilfe gentechnisch veränderter Bakterien einen Weg demonstriert, um Treibhausgase dauerhaft zu binden und zugleich Rohstoffe für die Energiewende zu gewinnen. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal Scientific Reports berichten, beschleunigt der angepasste Bakterienstamm Gluconobacter oxydans die natürliche Verwitterung von magnesium- und eisenreichem Gestein erheblich. In Laborexperimenten löste die Mikrobe innerhalb von 15 Tagen bis zu 75 Prozent des Magnesiums aus Olivin-Gestein. Dabei wurden nicht nur wichtige Batteriemetalle wie Nickel und Kobalt freigesetzt, sondern auch ein Mineral gebildet, das doppelt so viel Kohlenstoff binden kann wie herkömmliche Verbindungen.
- Ein modifizierter Bakterienstamm beschleunigt die Zersetzung von Olivin und setzt dabei Kobalt sowie Nickel frei.
- Das Verfahren erzeugt Magnesiumoxalat, das pro Magnesiumatom doppelt so viel Kohlenstoff bindet wie Magnesit.
- Als Einsatzort für die Technologie eignen sich besonders feingemahlene Abfallprodukte aus dem Bergbau.
Bakterien beschleunigen die natürliche Gesteinsverwitterung
Die natürliche Verwitterung von Silikatgesteinen gilt in der Geowissenschaft seit langem als zentraler Prozess des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Wenn Regen- oder Grundwasser Mineralien wie Olivin langsam auflöst, reagiert das freigesetzte Magnesium mit Kohlendioxid aus der Atmosphäre und bindet es in fester Form. Dieser natürliche Vorgang dauert unter normalen Umständen jedoch viele Jahrtausende.
Hier setzt die Entwicklung der Forschenden um Erstautor Jacob D. Klug und die Professoren Esteban Gazel sowie Buz Barstow an. Durch die genetische Anpassung von Gluconobacter oxydans erzeugt das Bakterium organische Säuren und fördert die Oxidation von Eisen im Gestein.
Der direkte Kontakt zwischen den Mikroorganismen und der Gesteinsoberfläche steigerte die Auflösungsgeschwindigkeit im Labor deutlich gegenüber rein chemischen Säurelösungen.
Neues Mineral verdoppelt die Kapazität der Kohlenstoffspeicherung
Ein besonders überraschendes Ergebnis der Studie war die Entstehung von Magnesiumoxalat bei Raumtemperatur und niedrigem pH-Wert. Während bei herkömmlichen Verfahren zur CO₂-Mineralisierung meist das Mineral Magnesit im Fokus steht, bietet Magnesiumoxalat einen entscheidenden Vorteil: Jedes Magnesiumatom kann zwei Kohlenstoffatome binden. Dies verdoppelt theoretisch die Speicherkapazität im Vergleich zu gängigen Magnesiumcarbonaten.
Gleichzeitig setzt der biochemische Prozess strategisch wichtige Rohstoffe frei. Nickel und Kobalt sind Schlüsselkomponenten für die Herstellung moderner Akkumulatoren, etwa für Elektrofahrzeuge. Das Verfahren verbindet somit die Reduktion von Treibhausgasen direkt mit der Extraktion wertvoller Metalle.
Bergbauhalden dienen als potenzielles Testfeld für die Praxis
Für eine spätere Anwendung hat das Forschungsteam bereits ein konkretes Einsatzgebiet im Blick: Abraumhalden aus dem Bergbau. Da dieses ultramafische Gesteinsmaterial durch den Abbau bereits fein gemahlen vorliegt, bietet es eine ideale Oberfläche für das bakterielle Bioleaching. Auf diese Weise könnten Bergbaurückstände genutzt werden, um verbliebene Restmetalle zu gewinnen und gleichzeitig CO₂ dauerhaft zu binden.
Bis zu einer kommerziellen Nutzung sind jedoch weitere Schritte erforderlich. In künftigen Untersuchungen muss geklärt werden, wie sich die Umwandlungsrate zu Magnesiumoxalat weiter steigern lässt, welche kostengünstigen Nährstoffe für die Bakterienkultur genutzt werden können und wie stabil das gebundene CO₂ über lange Zeiträume bleibt.
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