Forschende des HZDR haben eine Pilotanlage zur biotechnologischen Rückgewinnung von Gallium aus Produktionsabwässern entwickelt. Erste Pilotversuche liefen erfolgreich. 

 

Bis zu fünf Tonnen Gallium pro Jahr könnte allein im deutschen Hochtechnologiesektor durch Recycling gewonnen werden, schreiben Forschende des Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HZDR) in einer aktuellen Mitteilung. Gelingen könnte das mithilfe eines unter Federführung von Biochemieingenieur Rohan Jain entwickelten Prozesses: Siderophore (griechisch für „Eisenträger“) könnten das Element in Produktionsabwässern binden.

Gallium zählt aufgrund seiner begrenzten Verfügbarkeit zu den kritischen Rohstoffen. Es ist insbesondere in der Halbleiterindustrie von großer Bedeutung und beispielsweise in Wafern, elektronischen Chips, LED oder Lasern verbaut. Allerdings, heißt es aus dem Helmholtz-Institut, gehe ein beträchtlicher Teil des Rohstoffs während der Produktionsprozesse verloren, beispielsweise dann, wenn Ätz- oder Polierprozesse Material abtragen. Weil diese Rückstände teilweise stark verdünnt sind oder das Gemisch chemisch komplex ist, ist eine Rückgewinnung bislang nur schwer umsetzbar.

In einer Forschungsanlage im industriellen Maßstab, in der die Abwässer des sächsischen Verbindungshalbleiterherstellers Freiberger Compound Materials (FCM) genutzt werden, gehen die Forschenden jetzt einen anderen Weg: „Wir nutzen die metallbindende Eigenschaft der Siderophore, um Gallium(III)-Ionen aus den Industrieabwässern, wie sie bei der Produktion von GaAs-Wafern bei Freiberg Compound Materials entstehen, zurückzugewinnen. Für die Rückgewinnung des Galliums nutzen wir zwei verschiedene Siderophore. Mit einem patentierten Verfahren lösen wir das Gallium wieder von den Siderophoren, um beides erneut einsetzen zu können. Siderophore sind für uns ein perfektes, stabiles und umweltfreundliches Werkzeug.“ Siderophore sind niedermolekulare organische Verbindungen, die von Mikroorganismen synthetisiert werden, um Eisen aus der Umwelt zu binden und verfügbar zu machen.

Im Labormaßstab – mit einem Durchsatz von zehn Litern pro Tag – haben die Forschenden das Verfahren erfolgreich getestet: Gallium konnte aus zwei verschiedenen Prozess-Abwässern der Wafer-Produktion zu 100 Prozent als Komplex gebunden werden. „Um den Galliumkomplex aus dem Prozess-Abwasser abzutrennen, nutzen wir eine patentierte Trennmethode. Damit konnte das Gallium nahezu vollständig komplexiert und zu 95 Prozent als Siderophoren-Komplex zurückgewonnen werden. Wir konnten die Wiederverwendbarkeit der Siderophore in über zehn Zyklen ohne Funktionsverslust nachweisen“, beschreibt Jain den Verfahrensablauf.

Inzwischen bewältigt die Anlage bereits 100 Liter pro Tag. Nun soll der Pilotversuch am Firmensitz der FCM in Freiberg fortgeführt werden und dort 1.000 bis 2.000 Liter pro Tag bearbeiten.