Goede bacteriën: bio-mining als het nieuwe recyclen

Gepubliceerd op 29 juli 2020

Een bacterie genetisch zo manipuleren dat hij alleen ijzer lust of waardevolle of schaarse materialen. Het kan. Het inzetten van micro-organismen wordt bio-mining of bio-leaching genoemd. Wat kunnen deze slimme bacteriën voor de autorecycling industrie betekenen?


Tekst Jens Holierhoek

De wereldwijde mijnbouw werkt een beetje zoals kinderen hun boterhammen eten. De korstjes blijven liggen. Mijnbouwers gaan heel gericht op zoek naar de waardevolle materialen, die ze snel en relatief goedkoop kunnen winnen. De metalen die lastiger te verkrijgen zijn, blijven achter in een mineraalrijke afvalberg. In die achtergelaten afvalberg vindt een natuurlijk proces plaats: bacteriën gaan op zoek naar energiebronnen om te kunnen groeien. Die energie vinden ze in mineralen die ze ontbinden of transformeren. Dit proces heet bio-mining of bio-leaching. De bacteriën werken dus als kleine mijnwerkers. Een nadeel: snel is het proces niet. In een industriële omgeving kan het proces echter worden versneld. De minerale afvalberg wordt tot poeder gemalen en in een bioreactor gestopt. In vloeistof krijgen de bacteriën de kans om flink te groeien. Ze eten hun buikjes vol met kostbare metalen. De oplossing gaat vervolgens door een chemische filter. En zie daar het eindresultaat: teruggewonnen waardevolle metalen.

E-waste

Het mooie is dat bio-leaching ook werkt op elektronisch afval. Herhaal het bovenstaande proces met afgedankte printplaten en je herwint grotendeels waardevolle metalen. Behoorlijk milieuvriendelijk bovendien. Zeker als je het afzet tegen de pyro- en hydrometallurgische technieken, die worden gebruikt om waardevolle materialen uit e-waste terug te winnen. Die zijn vaak erg energie-intensief en zorgen voor de nodige giftige gassen die moeten worden afgevangen en dan zijn de teruggewonnen materialen soms ook nog van lage kwaliteit, aldus onderzoekers van de universiteit van Birmingham.

"Als je de juiste condities voor bio-leaching schept, komen de juiste bacteriën vanzelf."

Toepasbaarheid

Volgens Mark van Loosdrecht, hoogleraar milieubiotechnologie en waterzuivering aan de Technische Universiteit Delft, is bio-leaching op een groot aantal metalen toepasbaar. “In de natuur vind je miljoenen bacteriën. Daarvan kennen we maar een procent. Als je de juiste condities voor bio-leaching schept, komen de juiste bacteriën vanzelf. Selectieve ophoping heet dat. Je kunt via bio-leaching metalen onttrekken door middel van twee processen: oxidatie of reductie.”

Gouddelvers

Dat weten ze ook in het Nieuw-Zeelandse Auckland. Mint Innovation is – naar eigen zeggen – ‘De eerste bio-raffinaderij ter wereld die micro-organismen inzet om waardevolle materialen uit complexe afvalstromen te halen.’ Het bedrijf combineert een gepatenteerd bio-metallurgisch proces met bio-technologie. Het haalt goud, palladium, koper en zilver uit elektronisch afval. Ook tin, zink, ijzer en nikkel kan het terugwinnen. Mint Innovation maalt een printplaat klein tot er poeder overblijft. Via een chemisch uitloogproces bepaalt het vervolgens welke materialen het terugwint en in welke volgorde. Toevoegde bacteriën helpen daarbij. De ene bacterie zoekt de gouddeeltjes op, een andere het koper. Zo is de ‘Cupriavidus metallidurans-microbe’ gek op goud. Het zijn als het ware kleine sponsjes die het waardevolle materiaal opzuigen. Via een centrifuge worden de ‘gouddelvers’ gescheiden, waarna het organische materiaal ervan af wordt gebrand. Mint Innovation is inmiddels de laboratorium- en testfase voorbij en zet in op commerciële toepassingen van haar techniek. “We halen het elektronisch afval bij de recycleraar op, verwerken het lokaal en geven ze ons eindproduct terug.” Mint Innovation zegt dat het grote voordeel van hun werkwijze de schaalbaarheid is. “We kunnen een recyclingfaciliteit opzetten in eigenlijk elke stad met een e-waste recyclingprobleem.”

Page image

Bio-mining en autorecycling

De Nieuw-Zeelandse technologie kan van waarde zijn voor de autorecycling industrie. Printplaten vinden we ook steeds vaker terug in elektronica van de alsmaar slimmer wordende auto. Een aantal jaar geleden zag de Duitse Vereniging voor Chemische Apparaten, DECHEMA, al kansen. ‘Elektronisch afval kan door verschillende zuurvormende microbiële processen worden opgelost. Hetzelfde geldt voor het versnipperen van restanten van afgedankte auto's, evenals gebruikte katalysatoren.’

Traag maar selectief

Ook Van Loosdrecht ziet mogelijkheden. “Auto’s hebben een hoog gehalte aan metalen, potentieel zou het goed mogelijk moeten zijn om bio-leaching in te zetten. Ik kan mij voorstellen dat als je bijvoorbeeld een chroomlegering hebt je het chroom vrijstelt of juist het ijzer. Daar kunnen bacteriën bij helpen.” Van Loosdrecht noemt het werken met bacteriën wel een relatief langzaam proces in vergelijking met fysische en chemische processen. “Bij bio-leaching in de mijnbouw spreek je over maanden, terwijl het proces in een zinkfabriek slechts enkele uren duurt. Waarschijnlijk moet je in de auto- en batterijrecycling ook aan uren denken om dit proces rendabel te kunnen toepassen. Het voordeel is dat bacteriën behoorlijk selectief kunnen zijn ten opzichte van fysische en chemische processen. Ze kunnen bijvoorbeeld één metaal aanpakken.” Bovendien wordt er onderzoek gedaan om de eigenschappen van bacteriën te perfectioneren. Wetenschappers passen bacteriën genetisch aan om gespecialiseerde ‘zoekopdrachten’ uit te voeren. Als mijnwerkers die alleen op zoek gaan naar goud of andere waardevolle of schaarse materialen. De piepkleine metaalrecycleraars zijn nog altijd niet in staat om honderd procent van het beoogde metaal terug te winnen, maar ook daaraan wordt gewerkt.

"Het voordeel is dat bacteriën behoorlijk selectief kunnen zijn ten opzichte van fysische en chemische processen. Ze kunnen bijvoorbeeld één metaal aanpakken"

Batterijpakket

Nu de elektrische auto wereldwijd furore maakt, speelt de vraag of bacteriën ook een rol kunnen spelen in de toekomstige verwerking van afgedankte batterijpakketten. Een recent artikel in het toonaangevende wetenschapstijdschrift Nature, stemt hoopvol. ‘Bio-leaching is een opkomende technologie voor lithium-ion batterijrecycling en het terugwinnen van materialen. Het is een potentiële aanvulling op de hydro en pyro-metallurgische technieken die momenteel worden gebruikt voor metaalwinning. Kobalt en nikkel zijn echter moeilijk om te scheiden en vragen om een onttrekking via oplosmiddelen. De onderzoekers benadrukken dat de huidige technieken nog in de kinderschoenen staan. ‘Het aantal onderzoeken op dit gebied is echter relatief klein. Hier liggen veel kansen voor verdere verkenning.’


Plastic etende enzymen

Ook buiten het veld van bio-mining bieden bacteriën een uitkomst in de verwerking van materialen. Het toonaangevende wetenschappelijke vakblad Nature publiceerde recent de uitkomsten van een onderzoek waaruit blijkt dat bacteriële enzymen PET-flessen in slechts een aantal uren ontbinden. Polyethylene Teraphthalate (PET) vind je ook terug in auto’s, bijvoorbeeld in de arm van de ruitenwisser, in motorafdekkingen en in het omhulsel van de versnellingsbak.


Buitenaardse toepassingen

Bio-mining wordt een gouden toekomst beloofd. Zo zien wetenschappers in bacteriën dé ideale hulpjes voor een lang verblijf in de ruimte. Op een missie naar Mars neem je in de toekomst een voorraad micro-organismen mee. Ze zijn genetisch aangepast om naar ijzer in de bodem van de rode planeet te speuren. De ijzerdeeltjes stop je vervolgens in een 3D-printer en die maakt er bijvoorbeeld reserve-onderdelen van voor de ruimtebasis of space shuttle.

GreenLight logo

Meest gelezen