Forschung am Trinity College in Dublin zeigt, wie Hinterlassenschaften der Meeresfrüchteindustrie helfen könnten, kritische Rohstoffe zurückzugewinnen und gleichzeitig industrielle Wasserverschmutzung zu reduzieren.
Jedes Jahr hinterlässt die globale Meeresfrüchteindustrie Millionen Tonnen an Abfall wie Schalen von Austern und Miesmuscheln. Ein Großteil landet auf Deponien oder wird in Küstennähe gelagert. In vielen Fällen werden die Hinterlassenschaften bereits als Substrat für die weitere Muschelzucht oder als Kalkquelle verwertet sowie auf weiteren Wegen dem Upcycling zugeführt. Am Trinity College in Dublin wurde nun untersucht, ob sich das Material noch für einen weiteren Zweck sinnvoll nutzen lässt: die Gewinnung kritischer Rohstoffe für die Industrie.
Ein Team von Wissenschaftlern fand heraus, dass Muschelschalen Seltene Erden aus dem Wasser aufnehmen und speichern können. Diese Rohstoffe sind essenziell für Technologien wie Windkraftanlagen, Elektromobilität und Unterhaltungselektronik. Ihr Abbau und ihre Weiterverarbeitung sind jedoch komplex, zudem können dabei Spuren der Metalle ins Abwasser gelangen, was wiederum die Umwelt belastet. Muschelschalen könnten somit gleich doppelt nützlich sein: Sie helfen, diese Wasserverschmutzungen zu reduzieren, und verwerten gleichzeitig ein ohnehin anfallendes Abfallprodukt.
Für die Studie wurden Austern-, Miesmuschel- und Herzmuschelschalen an irischen Stränden gesammelt, gereinigt und fein gemahlen. Diese Partikel wurden anschließend in eine Wasserlösung gegeben, die Seltenerdelemente wie Lanthan, Neodym und Dysprosium in Konzentrationen enthielt, wie sie bei starker industrieller Kontamination auftreten können. Die Lösung wurde auf Temperaturen von bis zu knapp 200 Grad Celsius erhitzt.
Unter dem Mikroskop zeigte sich daraufhin eine deutliche chemische Reaktion: Das Kalziumkarbonat der Muschelschalen begann sich aufzulösen und wurde schrittweise durch neue Minerale ersetzt, die Seltene Erden enthalten. Diese kristallisierten direkt an der Oberfläche der Schalenpartikel. Nach einigen Wochen bildete sich eine dünne Schicht, die die Forscher als eine Art mineralische „Haut“ beschreiben.
Austern können Seltene Erden besonders effektiv binden
Ein besonders auffälliges Ergebnis zeigte sich bei den Austernschalen. Aufgrund ihrer speziellen Struktur können sie deutlich mehr Seltene Erden aufnehmen als die anderen getesteten Schalentypen: Ein Gramm Austernschale bindet bis zu 1,5 Gramm an gelöstem Neodym und Co.
Das so entstandene Material könnte laut den Forschern anschließend weiterverarbeitet werden, um die gebundenen Metalle zurückzugewinnen. Zerkleinerte Muschelschalen, insbesondere Austern, ließen sich in Filtersystemen oder durchlässigen Barrieren einsetzen, durch die kontaminiertes Wasser geleitet wird. Solche Verfahren sind in der Wasseraufbereitung bereits etabliert, etwa zur Entfernung von Schwermetallen aus Meerwasser.
Damit diese Erkenntnisse in eine großtechnische Anwendung überführt werden können, sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig. Diese müssten zufolge realistische Bedingungen berücksichtigen, da industrielle Abwässer häufig nicht nur Seltene Erden, sondern auch eine Vielzahl anderer Metalle und chemischer Verbindungen enthalten. Ebenso wollen die Forscher praktische Fragen klären, etwa wie stark die Muschelschalen durch Reinigung und Zerkleinerung aufbereitet werden müssen und wie sich das kosteneffizient lösen lässt.
Mehr Innovationen: Angesichts des steigenden Rohstoffbedarfs und der gleichzeitig zunehmenden Versorgungsengpässe werden rund um die Welt neue Verfahren zur Gewinnung kritischer Rohstoffe entwickelt. Dabei kommen unter anderem Algen, Bakterien, Viren und molekulare Schwämme zum Einsatz. Auch Muscheln waren bereits Gegenstand anderer Forschungsarbeiten in diesem Sektor.