Goldfischer vom Zürichsee

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.

Mit Salzsäure in den Kochtopf

Aber wie gelangt das Gold in den wollartigen Amyloid-Molkenknäuel? Da kommen vor allem Säure und Wärme ins Spiel, erklärt Mohammad Peydayesh. Zuerst wird Wasser, vermischt mit zwei Prozent Molkenproteinen, von seinem neutralen pH-Wert 7 durch Salzsäure auf den sauren pH-Wert 2 gebracht. „Dann kochen wir es fünf Stunden lang bei 90 Grad Celsius“, sagt Peydayesh. Durch das Glas wird das Resultat mit polarisiertem Licht sichtbar. Die entstandenen Molke-Amyloid-Fasern sind durch die Reflexion des Lichts erkennbar. Um ihre Form zu festigen, haben die Forscher die Flüssigkeit zuvor mit organischer Butantetracarbonsäure versetzt und mittels Natriumhypophosphit stabilisiert.

„Wir wollen bloß die Amyloid-Fasern, aber nicht die Flüssigkeit“, sagt Peydayesh. Das lässt sich durch einen Vakuum-Gefriertrockner erreichen. Nach dem Trocknen bei minus 45 Grad Celsius sind die Fasern quer vernetzt in einem stark porösen Aerogel-Schwamm. Die Molke-Aminosäuren haben sich zu Fasern von einigen Mikrometern Länge formiert. In den Fasern gruppieren sich die Aminosäuren in gefalteter Struktur senkrecht zueinander und ineinander verdreht. Der Schwamm kommt letztlich in eine Lösung von Metallionen. Darin haben sich nach rund 24 Stunden die Metalle einer Computerplatine in Königswasser, bestehend aus drei Teilen Salz- und einem Teil Salpetersäure, aufgelöst.

Der Aerogel-Schwamm braucht einen Tag und eine Nacht, um die Metalle an sich zu binden, vor allem Gold mit über 95 Prozent Anteil. Zunächst an der Luft und danach im Ofen wird der metallgesättigte Schwamm 24 Stunden lang bei 60 Grad Celsius getrocknet. Auf Raffaele Mezzengas Arbeitstisch präsentieren sich danach die getrockneten Schwämme wie Knäuel frisch geschorener Wolle.

Gierig nach Gold

Doch weshalb besitzen Molke-Amyloid-Fasern diese große Anziehungskraft auf Schwermetalle, vor allem auf Gold? Mezzenga erklärt, dass die in den Fasern freigelegten Aminosäuren mit Carboxy- und Hydroxy-Gruppen für die starke Bindung mit den Metallionen verantwortlich sind. Dazu kommen unter anderem elektrostatische Kräfte, die organische und nicht organische Bestandteile zu supramolekularen Strängen verbinden. Gold wird bevorzugt, weil es das massereichste Schwermetall im Elektroschrott ist und seine Ionen besonders stark auf die Aminosäuren Cystein und Tryptophan wirken. Andere Aminosäuren angeln sich andere Metallionen. Doch Gold gewinnt am Ende immer, sagt Mezzenga: „Gibt man dem Amyloid-Schwamm genug Zeit, wird er 1.000-mal mehr Gold als Kupfer sammeln und sogar bereits angezogenes Kupfer gegen Gold austauschen.“

Geerntet wird das Gold in Form von Nuggets. Dazu werden die Schwämme in einem Hochtemperaturofen verbrannt – die weniger grüne Seite der Gold-Gewinnung aus dem Elektroschrott. Dennoch: Im Vergleich zum Schürfen von einem Kilogramm Gold in einer Mine, das bis zu 15 Tonnen CO2 freisetzt, fällt bei der Rückgewinnung per Amyloid weniger als ein Kilogramm CO2 an. ■