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Biomining auf der ISS

„Bakterielle Minenarbeiter“ im All

Der Astronaut Luca Parmitano setzt Biomining-Reaktoren in eine Zentrifuge an Bord der Internationalen Raumstation. (Bild: Europäische Weltraumorganisation)

Mikroskopische „Kumpel“ mit Potenzial: Spezielle Bakterien könnten einmal Stationen auf fremden Himmelskörpern mit seltenen Rohstoffen versorgen, geht aus Experimenten auf der Internationalen Raumstation ISS hervor. Demnach ist eine von drei der getesteten Bakterienarten auch bei Schwerelosigkeit sowie simulierter Mars-Gravitation in der Lage, aus Basaltmaterial Seltenerdmetalle für die Gewinnung zu mobilisieren.

Sie können an den hartnäckigsten Materialien den Hebel ansetzen: Die biochemischen Fähigkeiten bestimmter Mikroorganismen werden in verschiedenen Industrie- und Fertigungsprozessen bereits intensiv genutzt – so auch im Bergbau. Bei dem als Biomining bezeichneten Verfahren katalysieren Mikroben die Extraktion bestimmter Elemente aus Gesteinen. Die Organismen können die Substanzen aus dem Erz herauslösen, indem sie Stoffe abgeben, die Metalle aus gebundenen Formen in wasserlösliche Salze verwandeln. Aus den Lösungen, die anschließend aus den mit den Mikroben versetzten Gesteinen sickern, lassen sich die gewünschten Substanzen dann problemlos gewinnen. Von besonders großem wirtschaftlichen Interesse sind dabei die sogenannten Seltenerdmetalle, zu denen die Lanthanoide, Scandium und Yttrium gehören. Aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften, darunter Ferromagnetismus und Lumineszenz, werden sie für viele Hochtechnologie-Anwendungen benötigt.

Welche Rolle spielt die Schwerkraft?

In diesem Zusammenhang richten die Wissenschaftler des europäischen Raumfahrtprogramms „BioRock“ nun den Blick auf den Weltraum. „Unsere Experimente sollten die Machbarkeit des biologisch verbesserten Elementabbaus im All ausloten. Obwohl es wirtschaftlich wohl nicht machbar ist, diese Substanzen auf fremden Himmelskörpern abzubauen und zur Erde zu bringen, könnte das Weltraum-Biomining möglicherweise eine sich selbst erhaltende menschliche Präsenz im Weltraum unterstützen“, erklärt Projektleiter Charles Cockell von der University of Edinburgh. Konkret sind damit etwa Stationen oder Siedlungen auf dem Mond oder dem Mars gemeint.

Im Zentrum ihrer nun veröffentlichten Studie stand dabei die Frage, inwieweit Bakterien, die zu einer Mobilisierung von Seltenerdmetalle aus Gesteinen auf der Erde in der Lage sind, dies auch unter veränderten Schwerkraftbedingungen leisten können. Es ist bereits bekannt, dass bestimmte Verhaltensweisen und Merkmale einiger Mikroben an die Gravitation geknüpft sind. Dies kann etwa an der veränderten Verteilung von Nähr- oder Abfallstoffen liegen. Im Rahmen des BioRock-Projekts haben Astronauten auf der ISS Versuche durchgeführt, um zu klären, inwieweit drei Bakterienarten bei Schwerelosigkeit sowie bei simulierten Marsbedingungen noch zum Biomining von Seltenerdmetallen fähig sind.

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Zu schaffen machen sollten sich die Mikroben dabei an Basalt. Dieses irdische Material entspricht Gesteinen, die typischerweise auch auf dem Mond oder dem Mars vorkommen, erklären die Wissenschaftler. Für die Tests wurden Basaltplättchen in spezielle Analysegeräten eingesetzt und mit Nährlösungen getränkt, die Bakterien enthielten. Untersucht wurden die Arten Bacillus subtilis, Cupriavidus metallidurans und Sphingomonas desiccabilis. Einige der Analysegeräte wurden der Schwerelosigkeit auf der ISS ausgesetzt. Andere wurden hingegen zentrifugiert, um durch die Fliehkräfte Schwerkraftbedingungen zu simulieren, wie sie auf dem Mars oder auf der Erde herrschen. Nach 21 Tagen wurden die Flüssigkeiten untersucht, um zu überprüfen, inwieweit die Mikroben 14 Seltenerdmetalle aus dem Basalt mobilisieren konnten.

Nur ein Bakterium zeigt Potenzial

Aus den Analyseergebnissen ging hervor: Nur das Bakterium Sphingomonas desiccabilis kam offenbar problemlos mit den veränderten Schwerkraftbedingungen zurecht. Diese Mikroben führten bei allen Schwerkraftbedingungen zu den gleichen Enderträgen an den Seltenerdmetallen, berichten die Wissenschaftler. Bei den anderen Kandidaten war das hingegen nicht der Fall: Bacillus subtilis lieferte bei verringerter Gravitation deutlich geringere Ausbeuten als bei irdischen Bedingungen und Cupriavidus metallidurane konnte überhaupt keine Seltenerdmetalle mehr mobilisieren.

Aus der Untersuchung geht somit hervor: Weltraum-Biomining hat Potenzial, aber nur bestimmte mikroskopische „Kumpel“ sind für den Einsatz bei verringerter Gravitation geeignet. Wie Cockell berichtet, zeichnet sich für die Rohstoffversorgung einer zukünftigen Mondstation sogar bereits konkretes Potenzial ab: „Die Oceanus-Procellarum-Region des Mondes könnte ein günstiges Ziel für eine wissenschaftliche und wirtschaftliche Entwicklung des Menschen über die Erde hinaus darstellen“, sagt der Wissenschaftler. Denn ihm zufolge dort gibt es dort gehaltvolle Gesteine, deren Seltenerdelemente das Biomining möglicherweise verfügbar machen könnte.

Quelle: University of Edinburgh, Fachartikel: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-020-19276-w

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