Die am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) entwickelte Hybridanlage beeinflusst biologische Prozesse in Echtzeit durch beschleunigte Elektronen. Diese Kombination baut auf die Kernkompetenz des Fraunhofer FEP in der Elektronenstrahltechnik auf und erweitert deren Anwendungsspektrum um biotechnische Verfahren.
Mit der Hybridanlage lassen sich verschiedene Flüssigkeitsvolumina energieeffizient behandeln. Die Steuerung von Dosis, Dosisrate und Eindringtiefe ermöglicht eine präzise Beeinflussung von Bioprozessen. Die Installation und der Betrieb sind platzsparend und sicher – geeignet auch für sensible Anwendungsbereiche. Dank des modularen Designs ist die Anlage skalierbar und perspektivisch auch für größere Bioreaktortypen geeignet.
Elektronenstrahlen beschleunigen Biolaugung
Ein Anwendungsbeispiel ist die Biolaugung, also die mikrobielle Gewinnung von Metallen aus Erzen und Reststoffen. Hierbei werden Mikroorganismen eingesetzt, die Metalle wie Kupfer, Indium oder Vanadium aus schwer löslichen Metallsulfiden oder industriellen Reststoffen herauslösen. Die Biolaugung gilt als besonders umweltfreundlich, da sie ohne giftige oder klimaschädliche Emissionen auskommt und deutlich weniger Energie benötigt als konventionelle Verfahren.
Die Hybridanlage des Fraunhofer FEP setzt hier Maßstäbe: Bei ersten Untersuchungen konnte durch die Bestrahlung der Mikroorganismen mit niederenergetischen Elektronen die Effizienz der Biolaugung von Kupfer um 10 % gesteigert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wachstumsrate der Bakterien durch niedrige Strahlendosen nicht beeinträchtigt wird – im Gegenteil: Die Ausbeute an gelöstem Kupfer konnte im Vergleich zu unbehandelten Ansätzen erhöht werden. Damit wird die Rückgewinnung wertvoller Metalle aus armen Erzen oder Recyclingmaterialien wirtschaftlicher und nachhaltiger. Forschungsleiterin Prof. Dr. Simone Schopf sagt: „Was mich besonders fasziniert: Wir nutzen winzig kleine Lebewesen als Bergarbeiter und geben ihnen mit Elektronenstrahlung einen Extra-Schub. Damit holen wir Metalle aus Material zurück, das bisher als Abfall galt.“
Anwendungsmöglichkeiten noch nicht ausgeschöpft
Neben der Metallgewinnung eignet sich die Hybridanlage auch für weitere bio- und umwelttechnische Anwendungen, etwa in der Abwasserbehandlung, der Produktion von Biopolymeren oder der Sterilisation sensibler Produkte. Schopf sieht in der Entwicklung großes Potenzial: „Die Kombination aus Elektronenstrahl und Bioreaktor eröffnet neue Möglichkeiten, biotechnologische Prozesse gezielt zu steuern und deren Effizienz zu steigern.“
Das Fraunhofer FEP bietet Unternehmen Unterstützung bei der Weiterentwicklung und Implementierung der Hybridanlage. Das Angebot beinhaltet Machbarkeitsstudien für spezifische Anwendungen, die Etablierung von Testregimes zur Behandlung von Mikroorganismen mit beschleunigten Elektronen, die Validierung der Prozesseffizienz mittels anerkannter Methoden sowie die Untersuchung der Elektronenwirkung auf biologische Systeme.
Die neuartige Hybridanlage sowie deren Einsatzmöglichkeiten werden auf den German Biotech Days 2026 vom 21. bis 22. April in der Kongresshalle am Zoo Leipzig am Stand des Fraunhofer FEP (G 09) vorgestellt.