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Gewinn seltener Erden im Weltall mit Hilfe von Bakterien

Autor / Redakteur: Stefan Parsch, dpa / Sebastian Gerstl

Für bemannte Raumstationen auf dem Mond oder Mars könnte der Abbau von Rohstoffen wichtig sein. Auf der ISS haben Forscher nun untersucht, ob Bakterien Seltene Erden aus Gestein lösen können.

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Bild von Sphingomonas desiccabilis. Das Bakterium, das auf Basaltgestein wächst, weist gute Eigenschaften zum Bio-Mining Seltener Erden auf. Die Mikroben sind für dieses Bild grün fluoreszierend eingefärbt.
Bild von Sphingomonas desiccabilis. Das Bakterium, das auf Basaltgestein wächst, weist gute Eigenschaften zum Bio-Mining Seltener Erden auf. Die Mikroben sind für dieses Bild grün fluoreszierend eingefärbt.
(Bild: Rosa Santomartino)

Bakterien können auch unter Weltraumbedingungen dabei helfen, wertvolle Rohstoffe aus Gestein zu gewinnen. Das zeigen Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS. Für die Bakterienart Sphingomonas desiccabilis spielte es demnach keine große Rolle, ob sie auf der Erde, unter den simulierten Gravitationsbedingungen des Mars oder in der Schwerelosigkeit der ISS lebt. Das berichtet eine internationale Forschergruppe um Charles Cockell von der University of Edinburgh im Fachjournal Nature Communications.

Eine ganze Reihe von Bakterien kann das Herauswaschen von Metallen aus Mineralien fördern. Aber: „Veränderte Bedingungen wie die Schwerelosigkeit sind als Faktoren bekannt, die das mikrobielle Wachstum und den Stoffwechsel beeinflussen“, schreiben die Wissenschaftler. Für das Experiment „BioRock“ schickten sie 2019 drei Bakterienarten auf Basaltgestein in eigens entworfenen kleinen Bioreaktoren zur ISS. Neben S. desiccabilis waren dies die Arten Bacillus subtilis und Cupriavidus metallidurans.

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„Bio-Mining“ soll Rohstoffgewinnung im Weltall ermöglichen

Das Team um Cockell wählte Basaltgestein, weil dieses in großen Mengen auf Mond und Mars vorkommt. Das Gestein enthielt genau bekannte Anteile von 14 Metallen der Seltenen Erden, die für zahlreiche elektronische Geräte verwendet werden. Die Mission sollte herausfinden, ob ein biologisch unterstützter Rohstoffabbau - das sogenannte Bio-Mining - auch jenseits der Erde funktioniert.

„Es ist zwar wirtschaftlich nicht tragbar, wenn diese Elemente im Weltraum abgebaut und zur Erde gebracht werden, aber Bio-Mining könnte möglicherweise eine sich selbst tragende menschliche Anwesenheit im Weltraum unterstützen“, wird Cockell in einer Mitteilung seiner Universität zitiert.

In den Bioreaktoren erhielten die Bakterien neben dem Basalt eine Nährflüssigkeit. Nach 21 Tagen an Bord der ISS wurde der Lösungsprozess durch Fixiermittel unterbrochen. Alle drei Bakterienarten hatten auf der Erde bereits gezeigt, dass sie das Herauslösen von Metallen aus Gestein unterstützen können.

Unter Weltraumbedingungen wies bei den Seltenerd-Metallen jedoch nur S. desiccabilis eine erhöhte Menge an gelösten Metallen auf. Gegenüber einer Kontrollprobe ohne Bakterien war der Ertrag bei der simulierten Mars-Schwerkraft bis zum Dreifachen höher, insbesondere für die Elemente Erbium und Ytterbium. In der Schwerelosigkeit lag der Metallgewinn von S. desiccabilis bei allen 14 Elementen zwischen 110 und 150 Prozent im Vergleich zur Kontrollprobe.

Hätte man das Basaltgestein vorher zerkleinert, wären die Erträge wahrscheinlich noch höher gewesen, schreiben die Forscher. Sie hatten das Gestein jedoch intakt gelassen, weil sie die Produktion von Biofilmen untersuchen wollten - einer von den Mikroorganismen produzierten Schleimschicht, die die Reaktionsfläche mit dem Gestein erhöht. S. desiccabilis produzierte erheblich größere Mengen Biofilm als die anderen Bakterienarten. Der genaue Mechanismus, wie S. desiccabilis Metalle aus Gestein löst, ist noch unbekannt.

„Ergebnisse von Experimenten wie BioRock werden nicht nur dazu beitragen, Technologien zu entwickeln, mit denen Menschen unser Sonnensystem weiter erforschen können, sondern auch Wissenschaftlern aus einer Vielzahl von Disziplinen helfen, Wissen zu erlangen, das uns allen auf der Erde zugute kommt“, sagt Libby Jackson von der britischen Weltraumbehörde (UK Space Agency). Eine solche Möglichkeit wäre, die Rohstoffgewinnung mit Hilfe von Mikroorganismen voranzubringen, um giftige und gefährliche Chemikalien, die derzeit für das Herauslösen von Metallen aus Gestein verwendet werden, zu ersetzen.

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