Förderbescheide für zwei neue Forschungsvorhaben haben Forschende des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) erhalten. Ein Projekt beschäftigt sich mit dem Recycling von Metallen durch Biomoleküle, das andere erforscht ultraschnelle physikalische Prozesse unter extremen Bedingungen mit Hilfe eines supraleitenden Magneten.

Bewerbung auf Förderaufruf

Die Summe von 375.000 Euro stammt aus Steuermitteln und wird auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushalts von der Sächsischen Landesbank zur Verfügung gestellt. Die beteiligten Wissenschaftler:innen hatten sich mit ihren Projekten auf den Förderaufruf des Sächsischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK) zur Verbesserung der Drittmittelfähigkeit und Stärkung internationaler Kooperationsaktivitäten beworben.

Bio4Rec: Metall-Recycling mittels Biomolekülen

Die rasch steigende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien führt dazu, dass neue Recyclingtechnologien für die darin enthaltenen, strategisch wichtigen Metalle Kobalt, Lithium, Mangan und Nickel entwickelt werden müssen. Im Zuge des Batterie-Recyclings fallen große Mengen an Prozessabwässern an, die ein hohes Wiederverwertungspotential bieten. Die Konzentration der Metalle in diesen Industrieabwässern ist für den Einsatz herkömmlicher Recyclingmethoden jedoch zu gering. Mit dem Projekt Bio4Rec schlägt das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) am HZDR deshalb einen neuen Weg in der Grundlagenforschung des Recyclings ein: Für die Rückgewinnung der Metalle, aber auch für die Entfernung anderer schädlicher Schwermetalle werden Biomoleküle eingesetzt.

Neuer Ansatz: Bio-Ionen-Flotation

Das Verfahren dahinter ist die Bio-Ionen-Flotation – ein bisher kaum erforschter Ansatz. Die Ionenflotation selbst ist ein bereits bekanntes Trennverfahren zur Rückgewinnung und auch Entfernung von Metallionen aus wässrigen Lösungen. Jedoch werden anstelle herkömmlicher Prozesschemikalien speziell auf das Metall zugeschnittene Biotenside verwendet. Biotenside sind oberflächenaktive Moleküle, sie sich ebenfalls sehr gut zur Bindung von Metallen eignen und vor allem biologisch abbaubar sind. Im Fokus des Projekts steht die Erforschung von Biotensiden und deren Verhalten im Prozess sowie die technische Machbarkeit im Industriemaßstab. Da das Prinzip sehr vielseitig ist, sieht das HIF großes Potential, dass die Technologie später auf verschiedene Metalle und Recyclingfragestellungen angewendet werden kann.

SUMI: Erforschung ultraschneller physikalischer Prozesse

Um exotische physikalische Phänomene in einer Vielzahl von Materialien wie etwa Supraleitern, topologischen Isolatoren oder sogenannten Quantenspinflüssigkeiten untersuchen zu können, müssen die Forscher:innen in Bereiche vordringen, die sich sehr von unserer vertrauten Umwelt unterscheiden. Besonders lohnend sind dabei Zustände, die sich bei vergleichsweise hohen Magnetfeldern und sehr tiefen Temperaturen ausbilden.

Experimente mit neuem Magnetkryostat

Um diese Bedingungen ins Labor holen zu können, soll an der Terahertz-Anlage Telbe des Instituts für Strahlenphysik am HZDR ein neuer supraleitender Magnetkryostat installiert werden. Mit der Supraleitenden Magnet-Infrastruktur für die Erforschung Terahertz-getriebener Dynamik unter extremen Bedingungen (SUMI) lassen sich Magnetfelder mit einer bis zu 200.000fachen Stärke des Erdmagnetfelds erzeugen, bei Temperaturen, die keine 2 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt liegen. In dieser extremen Umgebung werden die Proben intensiven Terahertz-Lichtpulsen aus der Telbe-Anlage ausgesetzt. Diese besonderen elektromagnetischen Pulse können gezielt elementare Quantenprozesse auslösen und steuern. Die geplanten Experimente versprechen ein deutlich besseres Verständnis von ultraschnellen physikalischen Prozesse in den untersuchten Proben ausgewählter Supraleiter oder anderer funktionaler Materialien.

Das Ganze hat eine hohe technische Relevanz: Die Ergebnisse der geplanten Forschungen könnten unter anderem für eine neue Generation schnellerer und energieeffizienterer Datenverarbeitung oder für unkonventionelle Prozesse zur Energieübertragung entscheidend sein.

Weitere Informationen unter www.hzdr.de