Forschung unter Freiberg Super-Diamanten und Bakterien-Bergbau

In den Bergstollen tief unter Freiberg passiert Erstaunliches. Zum einen versuchen Wissenschaftler dort künstliche Super-Diamanten herzustellen und zum anderen den Bergbau durch Einsatz von Bakterien zu revolutionieren. Am 30.11. begint ein zweijähriges Forschungsprojekt, in dem die Förderung seltener Metalle erprobt wird - und zwar durch sogenanntes Bio-Mining, einem Herauslösen der Metalle durch biologische Stoffwechselprodukte.

von MDR Wissen-Redakteur Karsten Möbius

Zu Fuß geht es etwa 15 Minuten durch schmale, dunkle Grubentunnel. Unter den Gummistiefeln quietscht der Schlamm, der Helm stößt an Querstreben an der Decke. Der Versuchsstand sieht aus, wie ein kleiner Container. In einem kleinen 10 cm breiten Loch am Rand des Stollenbodens soll das Experiment starten. Am Ende könnte es den Bergbau deutlich vereinfachen, weil keine Spitzhacke mehr nötig sein wird, um Erze abzubauen, sondern nur noch Bakterien.

Projekt 1: Bakterien statt Kumpels - der Anfang des biologischen Bergbaus

Bio-Mining ist nicht neu. Im Kupfer, Gold- und Uranbergbau wird es schon angewendet. Meist findet es nicht unter sondern über Tage statt. In Freiberg wird das Prinzip erprobt, nach dem Bakterien bestimmte Metalle durch Stoffwechselprodukte flüssig machen und aus dem Erz herauslösen können. Die Freiberger Wissenschaftler wollen damit nicht nur erforschen, wie man am besten das teure Indium gewinnt, sondern auch an der großen Vision des zukünftigen Bergbaus arbeiten.

Indium ist ein transparenter Leiter und kommt in Flachbildschirmen und Touchscreens zum Einsatz und ist in etwa so selten wie Silber. In den nächsten zwei Jahren wollen die Wissenschaftler die beste Methode herausfinden, wie man mit Bakterien Indium abbauen kann. Dazu wollen sie mit hohem Wasserdruck arbeiten, mit kleinen Explosionen, um den Stein porös zu machen, so dass die Bakterien eine möglichst große Oberfläche für ihre Arbeit bekommen. Ein nicht ganz ungefährliches Spiel, denn die Bakterien-Nährlösung sollte möglichst nicht in die Umwelt gelangen.

Ein paar Stollen weiter spielen Bakterien keine Rolle mehr, sondern nur noch rohe Gewalt. Mit einem Druck, der dem des Erdkerns entspricht, stellen Forscher der TU Freiberg ein Material her, dass auch bei großer Hitze so hart ist wie kalte Diamanten.

Projekt 2: Die Herstellung der Super-Diamanten

Auf der Fahrt in 150 Meter Tiefe stellt Mineraloge Prof. Gerhard Heide von der Bergakademie Freiberg nochmal eines klar: Diamanten sind für ihn langweilig.

Wir machen Dinge, die besser sind als Diamanten.

Prof. Gerhard Heide, Bergakademie Freiberg

Als er das sagt hält er ein kleines Röhrchen hoch, in dem sich eine kleine Menge schwarzer Staub auf dem Boden türmt. Das ist das Material, das besser als Diamant sein soll. Der Ort, an dem das Material entsteht, befindet sich unter Tage, in einer Sprengkammer. Sie ist fünf Meter hoch und jeweils 6,50 m im Quadrat. Hier werden durch Explosionen Drücke erzeugt, gegen die die Diamantsynthese fast lächerlich ist, sagt Sprengmeister Thomas Schlothauer: "Der maximal erreichte Druck waren 185 Giga-Pascal, das ist also schon wirklich Erdkerndruck. Der Druck an der unteren Grenze Erdmantel zum Erdkern."


Thomas Schlothauer muss dafür sorgen, dass dieser gewaltige Druck gezielt auf eine Materialprobe gelenkt wird. Dafür wird eine sogenannte Flugplatte mit Sprengstoff mit 12 bis 13-facher Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Der Druck der Flugplatte quetscht das Material so, dass sich selbst die Atomstrukturen verändern.

Wir haben ein Material entwickelt (...), dass bei über 1.000 Grad noch hart ist und nicht verbrennt.

Prof. Gerhard Heide, Bergakademie Freiberg

Prof. Gerhard Heide nutzt dafür Nitrite - also Salze, aus denen nach der Druckbehandlung das neue Wundermaterial, die neuen Super-Diamanten enstehen. "Wir haben hier eine neue Kristallstruktur entwickelt, die fast die Härte von Diamant hat - und darüber hinaus eine extrem hohe Temperaturstabilität." Das ist der entscheidenden Vorteil. Denn klassische Diamanten an der Spitze von Bohrmaschinen müssen ständig gekühlt werden, entweder mit Wasser einer umstrittenen Kühlemulsionen.


Das Prinzip der Freiberger Wissenschaftler funktioniert, aber sie kennen ihr neues Material noch nicht gut genug. Pro Explosion kommt ungefähr ein Mokkalöffel schwarzer Nitrit- bzw. diamantähnlicher Staub heraus. Das ist eine ausreichende Menge für die Grundlagenforschung, sagt Prof. Heide. Der Plan ist aber, Partner in der Industrie zu finden, um diese Materialien in großem Maßstab für die Werkzeugindustrie anzubieten.

Zuletzt aktualisiert: 11. September 2017, 15:17 Uhr