Expert:innen: Enrico Boschi (ETH Zürich), Raffaele Mezzenga (ETH Zürich), Mohammad Peydayesh (ETH Zürich)
Gold, das Symbol für Reichtum und Macht, steckt heute auch in unseren elektronischen Geräten – doch der Abbau belastet die Umwelt. Eine überraschende Lösung kommt aus der Käseproduktion: Forschende der ETH Zürich nutzen Molke, um Gold aus Elektronikschrott zu extrahieren. Dies ist ein umweltfreundlicher Weg, der zwei Abfallprodukte in wertvolles Metall verwandelt.
Bild: Raffaele Mezzenga (ETH Zürich)
Gold übte in der Menschheitsgeschichte schon immer eine starke Anziehung aus. Macht und Reichtum wurden – und werden noch immer – mit Gold zur Schau gestellt. Heute findet sich Gold nicht nur in Goldbarren, Münzen und Schmuck, sondern vermehrt auch in elektronischen Geräten.
Die Popularität von Gold hat ihre Schattenseiten. Denn der Goldabbau hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt: Um eine Tonne Gold zugewinnen, müssen 100'000 Tonnen Erz bewegt werden. Das Gold wird mechanisch mit Sprengsätzen oder chemisch mit Cyanidlaugen aus dem Gestein gelöst, was Gesundheitsrisiken birgt und zu Umweltschäden rund um die Minen führt.
Es besteht ein konstanter Bedarf nach neuem Gold, um den Hunger der Konsumgesellschaft zu stillen. Denn Stand heute sind 7 Prozent des verfügbaren Golds in Elektronikschrott gebunden, wovon global nur 20 Prozent recycelt werden. Die Goldkonzentration in Elektronikschrott übersteigt diejenige von Goldminen um ein Hundertfaches. Recycling aus Elektronikschrott ist demnach das Gebot der Stunde. Doch wie recyceln? Während Einschmelzen für die Wiederverwertung von Gold aus Schmuck oder Münzen eine einfache, effiziente und umweltfreundliche Lösung darstellt, sind die Voraussetzungen für das Recycling von Gold aus Elektronikschrott anspruchsvoller. Heute wird es meist mit energieintensiven Verfahren und unter dem Einsatz von toxischen Chemikalien in zahlreichen Schritten aus den Abfällen gelöst – mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt und hohen Kosten.
Metallische Verunreinigungen in Lösung binden mittels schwacher molekularer Wechselwirkungen an die Eisweisse in Molke und können so abgeschieden werden. Das trifft auf alle Metalle mit einem grossen Molekulargewicht zu, wozu auch Gold gehört. Raffaele Mezzenga, Professor am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie der ETH Zürich, sah darin Potenzial: «Wir wollten diese Affinität von Gold für Molkenproteine ausnutzen, um Gold aus Elektronikschrott zu binden.»
Doch in welcher Form muss die Molke vorliegen, damit dies gelingt? Im Rahmen einer Bachelorarbeit etablierte Enrico Boschi einen Prozess, der aus der Molke Schwämme macht: Dazu werden die in Molke enthaltenen Proteine mit tiefem pH und hoher Temperatur strukturell zerstört, gefällt und danach gefriergetrocknet. Es entsteht ein Aerogel, ein hochporöser Festkörper. Und dann kann das Wunder beginnen: das Binden von Gold an den Proteinschwamm.
Die Adsorption von Gold an die Schwämme gelingt nur, wenn die metallhaltigen Bauteile des Elektronikschrotts zuvor aus dem Gerät isoliert, mechanisch zerstört und mit Standardsäuren ionisiert werden. Die so gewonnene Lösung enthält 1 Parts per Million (Teile pro Million) Gold, 1000 Parts per Million Kupfer, 1000 Parts per Million Eisen und weitere Metalle in tiefer Konzentration. Wird ein Aerogel über längere Zeit – mindestens einen Tag – in der Metallionen-Lösung inkubiert, finden sich im Schwamm zu 90 Prozent Gold und zu 10 Prozent Kupfer. Die Affinität von Gold für die Molkeproteine ist so hoch, dass es fast alle Bindungsplätze einnimmt. Das hat sogar Raffaele Mezzenga überrascht: «Unter bestimmten Bedingungen – in Form eines Aerogels und bei langen Inkubationszeiten – binden Molkenproteine Gold selektiv mit sehr hoher Affinität und verdrängen andere Metalle. Das Aerogel kann dabei 20 Prozent seines Eigengewichts an Gold binden.»
Ist das Gold erst mal an das Aerogel gebunden, bedarf es keiner Hexerei, um festes Gold zu erhalten: Der Schwamm wird bei Temperaturen über 1000 Grad Celsius verbrannt und die so entstehenden Goldnuggets können gesammelt werden. Ein Prozess, der fasziniert: «Elementares Gold», so Raffaele Mezzenga, «erhebt sich wie ein Phönix aus der Asche.» Aus zwei Abfallmaterialien – Elektronikschrott und Molke – entsteht Gold mit einer Reinheit von 91 Prozent, was 22 Karat entspricht. Daraus ergibt sich, selbst wenn alle Kosten im Prozess eingerechnet werden, eine Wertschöpfung um einen Faktor 50.
Getestet hat Mezzengas Gruppe das Verfahren mit Hauptplatinen aus Computern. Aus 20 dieser Platinen entstand ein Goldnugget mit einem Gewicht von 450 Milligramm. Unterdessen haben die Forschenden gezeigt, dass Gold auch aus Handys und Abfällen der Mikrochipherstellung erfolgreich extrahiert werden kann. Jetzt steht die Skalierung an, sodass die Technologie in den nächsten Monaten auch ausserhalb der Idealbedingungen eines Labors eingesetzt werden kann.
Aber die Vision ist noch grösser. Raffaele Mezzenga hofft, dass mit Aerogelen aus anderen Abfallströmen der Lebensmittelindustrie weitere Metalle oder sogar Hormone selektiv gebunden und abgesondert werden können. Oder wie er es ausdrückt: «Lassen wir uns überraschen, was die Natur für uns bereithält.»
