Social Media

Twitter-Logo  Mastodon-Logo  LinkedIn-Logo

Upcoming Events

Initiatives & Cooperation

Vorschau-Bild

Pressemitteilung vom 21. Januar 2025

Nachhaltige Metallfilter für die Industrie

Nachwuchsgruppe Pep2Rec am HZDR gestartet

In der Chemie- und Pharmaindustrie kommt Palladium als wichtiger Katalysator zum Einsatz. Das seltene Metall verfügt über besondere Eigenschaften, die es ermöglichen, komplexe organische Molekülstrukturen für die Herstellung von Medikamenten zu erzeugen. Zugleich ist Palladium eine Belastung für die Umwelt. Das bisher einzige Recyclingverfahren, das unter Verwendung von Kunstharzen Palladium als Metall zurückgewinnt, ist nicht besonders nachhaltig, weil der Katalysator auf diese Weise zerstört wird.  Der Herausforderung, palladiumhaltige Katalysatoren wiederzugewinnen, stellt sich die neue Nachwuchsforschungsgruppe Pep2Rec am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR). Unter der Leitung von Dr. Nora Schönberger entwickelt die Gruppe ein auf Peptide gestütztes, vollständig biologisches Trennsystem, das den kritischen Rohstoff auf speziellen Membranen immobilisiert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt Pep2Rec in der Initiative BioKreativ mit einer Fördersumme von rund 2,75 Millionen Euro.

Foto: Dr. Nora Schönberger, Angela Thewes (Pep2Rec) ©Copyright: HZDR / O.Killig

Nora Schönberger und Angela Thewes im biotechnologischen Labor des HZDR: Die beiden Forscherinnen von Pep2Rec stellen hier die Peptide zur Rückgewinnung von Palladium aus chemischen Syntheseprozessen her.

Bild: HZDR / O.Killig

Download

Die Arbeit der Forschungsgruppe, deren Finanzierung bis zum Jahr 2029 gesichert ist, steht auf zwei Säulen: Zum einen befassen sich die Forscher*innen mit der Neuentwicklung und Herstellung hochspezifischer Peptide. Die kurzen Aminosäure-Ketten sind in der Lage, Palladium zu binden – wenn es gelingt, sie in eine ganz bestimmte Struktur zu bringen. Dazu wird die Phage-Surface-Display-Methode angewendet. Bei dem biotechnologischen Verfahren werden Bakteriophagen eingesetzt, also Viren, die darauf spezialisiert sind, Bakterien zu infizieren. Auf ihrer Oberfläche lassen sich Peptide mit spezifischen Eigenschaften isolieren, die in der Lage sind, den Zielstoff aus einem komplexen Materialgemisch zu „angeln“ und somit rückzugewinnen. Im Fall von Pep2Rec sind die Bindepartner dieser Peptide die Atome des Elements Palladium.

Mit Biotechnologie und Künstlicher Intelligenz zum effizienten Recycling

„Unsere Forschung schöpft zum Teil aus den Erfahrungen, die wir über Jahre hinweg in der Abteilung Biotechnologie des HIF mit dem Phage-Surface-Display und anderen Recyclingtechnologien gesammelt haben“, erklärt Gruppenleiterin Nora Schönberger, die zuvor als Postdoktorandin in der HZDR-Nachwuchsgruppe BioKollekt tätig war. „Pep2Rec schlägt nun viele neue Wege ein: So wollen wir unsere Peptide ausschließlich mit biotechnologischen Mitteln herstellen, um für eine bessere Umweltverträglichkeit zu sorgen. Darüber hinaus greifen wir erstmals auf Methoden der Künstlichen Intelligenz zurück, um das Peptid-Design effektiver zu gestalten. Unser Ziel ist schließlich ein funktionierendes Trennsystem für Palladium, das wir in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie zur Anwendung bringen wollen.“

Dieser Anwendungsbezug bildet die zweite Säule von Pep2Rec: Denn neben der Herstellung der Peptide wollen die Forscher*innen einen vollständigen Recyclingprozess zur Rückgewinnung von Palladium aus einer chemisch-pharmazeutischen Synthese heraus entwickeln. Nora Schönberger und ihr Team wollen dafür ein Membransystem verwenden, das in das Synthesegemisch eingelassen wird. Als effiziente Filter werden die im ersten Schritt hergestellten Peptide in diese Membranen eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich das Palladium von dem Gemisch abtrennen und im Sinne der Kreislaufwirtschaft für neue Zwecke nutzbar machen. Aktuell sind die Forscher*innen auf der Suche nach Industrieproben, um ihre Methode ersten Tests zu unterziehen.

Projekte für den wissenschaftlichen Nachwuchs: Phagen-Bibliothek und Lebenszyklus-Analyse

Ein Etappenziel auf dem Weg zur Anwendung stellt der Aufbau einer Phagen-Bibliothek dar, in der die geeigneten Peptid-Verbindungen beschrieben und archiviert sind. Zudem möchte Nora Schönberger ihr Projekt mit einer sogenannten Lebenszyklus-Analyse begleiten, die dazu dient, die ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit der entwickelten Technologien zu gewährleisten. Unterstützung erhält sie dabei von Dr. Ashak Parvez, Experte auf dem Gebiet der Prozessmodellierung am HIF. Um diese beiden Schwerpunkte zu bearbeiten, soll das Team schon bald Zuwachs bekommen. Im Laufe des Jahres 2025 werden ein Postdoc und drei Doktorand*innen zu Pep2Rec stoßen. Bereits zum Team gehört Angela Thewes, die als Ingenieurin für die Pflege und die Weiterentwicklung der biotechnologischen Anlagen verantwortlich ist.

Damit die Forschung der Gruppe an Fahrt aufnimmt, plant Nora Schönberger, verschiedene Kooperationen einzugehen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Zentrums. Beispielsweise arbeitet Pep2Rec schon jetzt eng mit den Kolleg*innen des HZDR-Instituts für Ressourcenökologie zusammen, die über große Expertise auf dem Gebiet der Probenanalytik verfügen. Extern gibt es einen regen Austausch mit der TU Dresden.

„Alles in allem sind wir sehr zufrieden, dass es uns gelungen ist, gerade diese Förderung des Bundesforschungsministeriums einzuwerben“, sagt Nora Schönberger. „Die Vorgaben sind sehr großzügig und wir dürfen auch Dinge ausprobieren, bei denen wir uns nicht einhundertprozentig sicher sind, dass sie am Ende funktionieren. Dadurch haben wir in den kommenden Jahren viele Freiheiten und es bietet sich uns ein großer Spielraum sowohl bei der Methodenentwicklung als auch bei der Erprobung völlig neuartiger Ansätze.“


Weitere Informationen:

Dr. Nora Schönberger
Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR
BMBF Nachwuchsgruppe Pep2Rec
Tel.: +49 351 260 2051 | E-Mail: n.schoenberger@hzdr.de