Große Freude herrschte Ende Januar am Institut für Radiochemie des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) über den ersten Platz im Wettbewerb „futureSAX“, Kategorie Bio-/Nanotechnologie. Die Wissenschaftler um Dr. Johannes Raff, einen Dresdner Mikrobiologen, gewannen mit der Geschäftsidee BIOREM. Ihnen gelang es, intelligente Filter zu entwickeln, die zur wirtschaftlicheren Wasseraufbereitung, Abwasserbehandlung und zukünftig auch zur Erschließung neuer Rohstoffquellen eingesetzt werden sollen. Diese Filter wurden in einem interdisziplinären Team in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffwissenschaft der TU Dresden sowie der Fachsektion Funktionelle Schichten der GMBU entwickelt und dann weiter verbessert. Gegenüber anderen Forschungsgruppen besteht ein Entwicklungsvorsprung von drei bis fünf Jahren.

Ihr Vorbild haben diese Filter in der Natur – sie basieren auf einer von Bakterien abgeschauten Intelligenz. So gibt es beispielsweise auf Uranabfallhalden Bakterien, die eine spezielle Schicht besitzen, die aus Nanostrukturen, sogenannten Hüllproteinen, bestehen. Sie dient dazu, giftige Metalle am Eindringen in die Zelle zu hindern, lässt jedoch wichtige Substanzen passieren, die das Bakterium für das Überleben braucht.

Diese Intelligenz baut Dr. Raff in die BIOREM-Filter ein, indem er aus Hüllproteinen und mittels einfacher Immobilisierungsverfahren Materialien mit neuen Eigenschaften herstellt oder herkömmliche Filtermaterialien durch Beschichtung mit Hüllproteinen funktionalisiert. Im Ergebnis erhält er Filter, die nur die Metalle aus dem Wasser holen, die entfernt oder gewonnen werden sollen, und das selbst bei niedrigsten Konzentrationen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Proteine können Filtermaterialien für verschiedene Metalle hergestellt und derartig miteinander kombiniert werden, dass schließlich eine individuelle Wasserbehandlung möglich wird.

Metall-Filtersysteme hatte das Forscherteam schon vor einigen Jahren zum Patent geführt. Aber diese besaßen deutlich geringere Bindungskapazitäten und waren ausschließlich für die Entfernung einiger weniger Schwermetalle geeignet.

Durch die kombinierte Anwendung von Biotechnologie und nanobasierter Umwelttechnik ist es gelungen, ein Material zu entwickeln, das eine selektive Filterwirkung für einzelne oder höchstens wenige Metalle auch bei geringsten Konzentrationen besitzt. Die Schlüsseltechnologie ist hierbei die Nutzung hochselektiver Proteinschichten, die sich durch hohe Affinität, Selektivität und Kapazität gegenüber Metallen auszeichnen. „Zukünftig können so Filter für verschiedene Metalle hergestellt und durch Kombination der verschiedenen Materialien spezifisch an die Bedürfnisse des Kunden angepasst werden“, schaut Dr. Raff auf die kommenden Jahre. Intelligente, selektive Filtersysteme bieten vielfältige Vorteile, deren Anwendungsmöglichkeiten vor allem in den Bereichen Abwasserbehandlung und Nutzwasseraufbereitung sowie Rohstoffgewinnung liegen.

© FZD: Bioverbundmaterial zur Entfernung oder Rückgewinnung von Metallen aus Wasser

Ab- und Nutzwasseraufbereitung:
Viele Unternehmen haben Probleme mit sehr geringen Konzentrationen von Blei, Cadmium oder anderen Schwermetallen in ihren Abwässern. Mit BIOREM-Filtern können diese nun selektiv herausgefiltert werden, ersetzen damit kostenintensive und aufwändige Reinigungsverfahren. Durch die Beschränkung auf ein oder wenige Metalle erhöht sich außerdem erheblich die Kapazität gegenüber herkömmlichen Filtern und so die Einsatzdauer.

Rohstoffgewinnung:
Mit der neuen Generation von Filtern sollen in der Zukunft auch sehr teure Rohstoffe wie Platin oder Gold aus Prozesswässern (Wässer aus Produktions-/Industrieprozessen) zurückgewonnen werden. Bisher verfügbare Verfahren sind oft aufwändig und unspezifisch, sodass eine Rückgewinnung unwirtschaftlich ist.

BIOREM ist als gleichnamige Ausgründung geplant und soll in Dresden erfolgen. Als hochspezialisiertes Technologieunternehmen strebt es eine bedeutende Position als Spezialanbieter in dem Segment der biotechnologischen Wasser- und Abwasserbehandlung an. Durch das entstehende Interesse an modernen Abwasseraufbereitungsanlagen und einer immer größeren Favorisierung nicht-chemischer Aufbereitungsverfahren steigen die Chancen für neue und innovative biotechnologische Reinigungsverfahren erheblich.