von CHRISTIAN BERNHART
Es sieht aus wie ein Knäuel frisch geschorener Schafwolle, was auf Raffaele Mezzengas Arbeitstisch liegt. Tatsächlich besteht der Knäuel jedoch aus lockeren Molkenfasern, in denen Gold eingebettet ist. Die Molke hat das Edelmetall aus einem Topf mit Elektronikabfall gezogen. Dessen Menge wird laut Prognosen des Global E-Waste Monitors in den nächsten Jahren weiter wachsen. Mit der von dem Forscherteam um Mezzenga, Leiter des Labors für Lebensmittel und weiche Materialien an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, entwickelten Methode ließe sich ein Großteil des darin verarbeiteten Goldes zurückgewinnen.
Ein Abfallprodukt aus der Käserei
„Das Schöne ist, dass wir es mit einer grünen Technologie zu tun haben“, sagt Mezzengas Kollege Mohammad Peydayesh: grün in dem Sinn, dass sie auf Molke basiert, einem Abfallprodukt der Käseproduktion. Verwendet wird jedoch nicht die Molke in der Form, wie sie in Käsereien als weiß-transparente Flüssigkeit nach dem Gerinnen von Milch durch Lab und Säurebakterien anfällt. Vielmehr ist es das daraus gewonnene rund eine Prozent der Milchproteine, das Gold und andere Metalle anzieht.
Genau genommen sind es die in dem Molkenprotein vorhandenen 20 Aminosäuren, die dank ihrer Molekülstruktur Metallverbindungen an sich binden. Dazu werden sie als Amyloid-Fasern entfaltet, wie Mezzenga beschreibt: „Indem wir die Molkenproteine zu Fasern formen, verändern wir komplett ihre Funktion. Zuvor waren ihre Aminosäuren im Protein als Ball eingepackt. Als Amyloid-Fasern hingegen bringen wir sie an die Oberfläche und geben ihnen so die bestmögliche Form, um ihre Eigenschaften ausschöpfen zu können.“
Mezzenga erforscht seit über 20 Jahren chemische und physikalische Eigenschaften von Polymeren – anfangs am Institut für Materialwissenschaften der ETH Lausanne, mit dem Fokus auf Kohlefaserverbundwerkstoffe. Später arbeitete er für den Lebensmittelkonzern Nestlé, wo er natürliche Polymere untersuchte. „Im Vergleich zu synthetischen Polymeren, die aus höchstens zwei Monomeren bestehen, bieten natürliche Polymere mit 20 Aminosäuren mehr Möglichkeiten, um Ionen von Schwermetallen an sich zu binden“, sagt der Forscher.
Doch Nestlé hegte dazu Bedenken, da falsch gefaltete Amyloid-Proteine im Gehirn als Plaques die Nerven zerstören und maßgeblich für das Entstehen von Alzheimer verantwortlich sind – wahrscheinlich verursacht durch Ablagerungen des Schwermetalls Quecksilber.
In seinem Labor an der ETH Zürich stellte Mezzenga dann die natürlichen Proteine aus Lebensmittelabfällen in den Mittelpunkt seiner Forschung. Im Grunde waren es Nestlés Bedenken, die ihn auf die heiße Spur brachten, wie er sagt: „Wissend, dass für die Amyloid-Degenerationen im Hirn Schwermetalle eine Rolle spielen, setzten wir auf ein Verfahren mit unschädlichen Amyloid-Fasern, um Metalle zu binden.“ Bald zeigte sich, dass die Fasern – als Membranen, Pulver oder Schwämme – eine große Anziehungskraft auf viele Metalle haben. Amyloid-Fasern aus Molke können sogar Uran an sich binden, wie Mezzengas Team in Studien zeigte. Und sie eignen sich dafür, Arsen aus dem Wasser zu ziehen. Für diesen Zweck hat die Firma Bluact, ein Spin-off der ETH Zürich, in Peru seit 2018 mehrere Anlagen errichtet.
