PhytoGerm

Germaniumgewinnung aus Biomasse (PhytoGerm)

Foto Versuch

Foto Acker

Foto Gewächshaus

im BMBF-Programm "r³-Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Strategische Metalle und Mineralien"
Laufzeit: Juli 2012 - Dezember 2015

Endbericht

Kurze Projektbeschreibung:

Germanium (Ge) wird in den nächsten Jahrzehnten eine enorme Steigerung der Nachfrage im Verhältnis zur heutigen Weltproduktion erfahren. Da Ge jedoch nur mit einer sehr geringen Konzentration in der Erdrinde verbreitet ist, ist eine wirtschaftliche bergmännische Gewinnung dieses Rohstoffs häufig nicht möglich. Eine ökonomisch aussichtsreiche Möglichkeit der Ge-Gewinnung ist das sog. Phytomining, bei dem das Element mittels Pflanzen aus Böden extrahiert und in der Biomasse angereichert wird. Ein erstes Ziel des Projektes ist die Identifizierung der besten Akkumulenten und die Erforschung der Intensivierung der pflanzlichen Akkumulation. Das Ziel der darauf aufbauenden Verfahrensentwicklung besteht in der Extraktion des im Erntegut akkumulierten Germaniums aus Gärresten der Biogasproduktion aus Biomasse, aus Resten der Biogasproduktion aus Gülle und aus Aschen und Rauchgasen der thermisch verwerteten Biomasse. Bevor diese Reststoffe wieder aufs Feld ausgebracht werden, soll Germanium aus der flüssigen Phase nach mikrobiellem Aufschluss der Festbestandteile abgetrennt werden.

Weitere Informationen:

Pressemitteilung der TU Bergakademie Freiberg zum Projekt-Start

 

Projektleitung und Ansprechpartner

Prof. Dr. Hermann Heilmeier (Projektkoordination), Tel.: +49(0)3731 / 39 32 08,
Arbeitsgruppe Biologie / Ökologie, Institut für Biowissenschaften, TU Bergakademie Freiberg

Dr. Matthias Fuhrland (Projektmanagement), Tel.: +49(0)3731 / 39 48 83,
Saxeed, TU Bergakademie Freiberg

 

 

Projektgruppe TU Bergakademie Freiberg

Institut für Biowissenschaften / AG Biologie/Ökologie

Prof. Dr. Hermann Heilmeier, Tel.: +49(0)3731 / 39 3208
Dipl.-Geoökol. Oliver Wiche, Tel.: +49(0)3731 / 39 3562
Dipl.-Nat. Christin Moschner, Tel.: +49(0)3731 / 39 4157

Institut für Technische Chemie

Prof. Dr. Martin Bertau, Tel.: +49(0)3731 / 39 2384
Dipl.-Nat. Ines Aubel, Tel.: +49(0)3731 / 39 3663
Dipl.-Chem. Norbert Schreiter, Tel.: +49(0)3731 / 39 3651

Institut für Analytische Chemie

Dr. Silke Tesch, Tel.: +49(0)3731 / 39 22 81
Dipl.-Chem. Ute Heinemann

 

 

 

Abgeschlossene Qualifikationsarbeiten

  • Brummert, Susanne (Bachelorarbeit Gök): Einfluss der Stickstoffdüngung auf die Bioverfügbarkeit von Seltenen Erden im Boden und Aufnahme in Phalaris arundinacea, Zea Mays und Halianthus annuus. / Effect of Nitrogen Fertilization on the Bioavailability of Rare Earth Elements in the Soil and Uptake by Phalaris arundinacea, Zea Mays and Halianthus annuus. (20.01.2016, Betreuer: O. Wiche)
  • Schneller, Jutta (Bachelorarbeit Gök): Einfluss der Stickstoffdüngung auf die Bioverfügbarkeit von Germanium im Boden und Aufnahme in Phalaris arundinacea, Zea Mays und Halianthus annuus. / Effect of Nitrogen Fertilization on the Bioavailability of Germanium in the Soil and Uptake by Phalaris arundinacea, Zea Mays and Halianthus annuus. (20.01.2016, Betreuer: O. Wiche)
  • Fauser, Carla (Bachelorarbeit Gök): Einfluss von organischen Säuren auf die Bioverfügbarkeit von Seltenen Erden im Pflanze-Boden System. / Bioavailability of Rara-Earth Elements in Plant-Soil System as Affected by Organic Acids. (15.12.2015, Betreuer: O. Wiche)
  • Zimmermann, Claudia (Masterarbeit Gök): Einflüsse der Rhizosphärenbiologie auf die Aufnahme von Spurenelementen, Metalloiden und Lanthaniden in Hordeum vulgare. (04.08.2015, Betreuer: O. Wiche/Dr. Ludwig-Müller, TU Dresden)
  • Brenner, Elisabeth (Bachelorarbeit Gök): Untersuchung der Aufnahme von Germanium in Panicum virgatus und Miscanthus giganteus bei Anbau in Mischkultur mit Lupinus albus und Lupinus angustifolius auf Substraten mit unterschiedlichen pH-Werten. / Analysis of Concentration of Germanium in Panicum virgatus and Miscanthus giganteus in Mixed Cultivation with Lupinus albus and Lupinus angustifolius on Substrates with Different pH Value. (10.03.2015, Betreuer: O. Wiche)
  • Uhle, Desirée (Bachelorarbeit Gök): Untersuchung der Aufnahme von Seltenen Erden in Panicum virgatus und Miscanthus giganteus bei Anbau in Mischkultur mit Lupinus albus und Lupinus angustifolius auf Substraten mit unterschiedlichen pH-Werten. / Analysis of Concentration of Rare Earth Elements in Panicum virgatus and Miscanthus giganteus in Mixed Cultivation with Lupinus albus and Lupinus angustifolius on Substrates with Different pH Value. (10.03.2015, Betreuer: O. Wiche)
  • Funke, Lysann (Bachelorarbeit Gök): Untersuchungen zur Besiedelungsdynamik von Zikaden (Insecta, Hemiptera, Auchenorrhyncha) auf angesäten Versuchsflächen mit unterschiedlicher Pflanzenzusammensetzung und Stickstoffdüngung. / Studies on Colonization Dynamics of Leafhoppers and Planthoppers (Insecta, Hemiptera, Auchenorrhyncha) in Sown Experimental Sites Differing in Plant Species Composition and Nitrogen Fertilisation. (05.02.2015, Betreuer: Dr. Achtziger, O. Wiche)
  • Gädke, Eric (Bachelorarbeit Gök): Einfluss von Citronensäure als Bodenadditivum und des Boden-pH auf die Akkumulation von Germanium in Phyllostachys aureosulcata und Silphium perfoliatum. / Influence of Citric Acid as Soil Additive and of Soil pH on the Accumulation of Germanium in Phyllostachys aureosulcata und Silphium perfoliatum. (27.11.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Eschenbacher, Marina (Bachelorarbeit Gök): Einfluss des Boden-pH-Wertes und der Zugabe von Citronensäure als Bodenadditivum auf die Akkumulation von Seltenen Erden in Phyllostachys aureosulcata und Silphium perfoliatum. / The Influence of the Soil Additivum Citric Acid and pH-Value on the Accumulation of Rare Earths in Phyllostachys aureosulcata and Silphium perfoliatum. (27.10.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Busch, Susanne (Diplomarbeit Nat): Analytik von bioverfügbaren Germaniumkonzentrationen in verschiedenen Bodenfraktionen mittels sequentieller Extraktion und ICP-MS. / Investigations on Bioavailable Germanium Concentrations in Different Soil Fractions Using a Sequential Selective Dissolution Analysis and ICP-MS. (24.04.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Gertz, Anna (Bachelorarbeit Gök): Einflüsse der Stickstoffernährung und des pH-Wertes auf die Aufnahme von Germanium in Avena sativa und Symphytum officinale. (24.03.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Kaden, Ute Susanne (Bachelorarbeit Gök): Einfluss des Phosphor-Ernährungsstatus auf die Aufnahme von Germanium in Panicum miliaceum und Brassica alba. (24.03.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Smola, Juliane (Bachelorarbeit Gök): Einflüsse der Stickstoffernährung und des pH-Wertes auf die Aufnahme von Lanthan, Neodym, Gadolinium und Erbium in Avena sativa und Symphytum officinale. (24.03.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Zill, Juliane (Bachelorarbeit Gök): Der Einfluss des Phosphat-Ernährungsstatus auf die Aufnahme von Seltenen Erden (Lanthan, Neodym, Gadolinium, Erbium) in Brassica alba und Panicum miliaceum. / Uptake of Rare Earth Elements by Brassica alba and Panicum miliaceum as Affected by Phosphorus Nutrition. (24.03.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Hentschel, Werner (Bachelorarbeit Gök): Gehalte, Bindungsformen und Pflanzenverfügbarkeit von Germanium in Böden ausgewählter Standorte in der Umgebung von Freiberg. (21.01.2014) Betreuer: O. Wiche
  • Gößner, Michael (Diplomarbeit Nat): Untersuchung pflanzenverfügbarer Germanium- und seltene Erdkonzentrationen in Bodenlösung und verschiedenen Bodenfraktionen mittels ICP-MS. / Investigations on Bioavailable Germanium and Rare-Earth Elements in Soil Solution and Different Soil Fractions with ICP-MS. (14.01.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Kreuseler, Marie (Bachelorarbeit Gök): Gehalte, Bindungsformen und Bioverfügbarkeit Seltener Erden im Boden ausgewählter Standorte um Freiberg (Sachsen). / Bioavailable concentrations and Speciation of Rare Earth Elements in soils in the area of Freiberg (Saxony). (14.01.2014, Betreuer: O. Wiche)
  • Moschner, Christin (Diplomarbeit Nat): Analytik von Germanium in Pflanzenmaterial, Bodenproben und Bodenlösung mittels ICP-MS zur Abschätzung des Aufnahmepotentials von Germanium in Mais, Gerste und Sonnenblume unter verschiedenen Kultivierungsbedingungen. / Investigations on the uptake of Germanium in Maize, Barley and Sunflower by the determination of elemental concentrations in different plant parts, soil samples and soil solution using ICP-MS. (17.12.2013, Betreuer: Dr. Kummer, Inst. Geologie)
  • Hoffmann, Julia (Bachelorarbeit Nat): Bestimmung des Gehaltes an Seltenen Erden mittels ICP-MS nach Bioakkumulation in krautigen Pflanzen unter Einfluss der Elementkonzentration im Substrat und organischer Säuren als Bodenadditiva. / Determination of rare earth elements by ICP-MS after bioaccumulation in herbaceous plants under the influence of the element concentration and organic acids in soils. (17.12.2013, Betreuer: Dr. Tesch, U. Heinemann, O. Wiche)
  • Wiesel, Markus (Bachelorarbeit Gök): Experimentelle Untersuchungen zur Aufnahme von Germanium in Gräser des Feuchtgrünlandes am Beispiel von Phalaris arundinacea und Phragmites australis. (02.05.2013, Betreuer: O. Wiche)
  • Fischer, Ronny (Bachelorarbeit Nat): Analyse des Gehaltes an Seltenen Erden (Erbium, Lanthan, Europium) in krautigen Pflanzen mittels ICP-MS. (13.01.2013, Betreuer: Dr. Tesch)
  • Weimert, Elisabeth (Bachelorarbeit Gök): Experimentelle Untersuchungen zur Aufnahme von Germanium in Brassica napus beim Anbau in Mischkultur mit Lupinus albus. [12/2012] (19.12.2012, Betreuer: O. Wiche)
  • Schubert, Stefanie (Bachelorarbeit Nat): Der Einfluss von Spurenelementen auf die Superoxid-Dismutase-Aktivität und den Malondialdehyd-Gehalt in Pflanzen. (18.12.2012, Betreuer: Dr. Kaschabek)

 

 

Publikationen

  • Wiche O, Tischler D, Fauser C, Lodemann J, Heilmeier H (2017) Effects of citric acid and the siderophore desferrioxamine B (DFO-B) on the mobility of germanium and rare earth elements in soil and uptake in Phalaris arundinacea. International Journal of Phytoremediation 19, 746–754.
  • Wiche O, Zertani V, Hentschel W, Achtziger R, Midula P (2017) Germanium and rare earth elements in topsoil and soil-grown plants on different land use types in the mining area of Freiberg (Germany). Journal of Geochemical Exploration 175, 120–129.
  • Heilmeier H, Wiche O, Tesch S, Schreiter N, Aubel I, Bertau M (2016) PhytoGerm – Germaniumgewinnung aus Biomasse. In: Dürkoop, A., Brandstetter, C.P., Gräbe, G., Rentsch, L. (eds.): Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Strategische Metalle und Mineralien. Ergebnisse der r3-Fördermaßnahme. Fraunhofer Verlag, Stuttgart. ISBN: 978-3-8396-1102-9, pp. 221–235.
  • Wiche O, Székely B, Kummer N-A, Moschner CH, Heilmeier H (2016) Effects of intercropping of oat (Avena sativa L.) with white lupin (Lupinus albus L.) on the mobility of target elements for phytoremediation and phytomining in soil solution. International Journal of Phytoremediation 18, 900–907.
  • Wiche O, Heilmeier H (2016) Germanium (Ge) and rare earth element (REE) accumulation in selected energy crops cultivated on two different soils. Minerals Engineering 92, 208–215.
  • Wiche O, Kummer N-A, Heilmeier H (2016) Interspecific root interactions between white lupin and barley enhance the uptake of rare earth elements (REEs) and nutrients in shoots of barley. Plant and Soil 402, 235–245.
  • Heilmeier H, Wiche O, Tesch S, Aubel I, Schreiter N, Bertau M (2016) Germaniumgewinnung aus Biomasse – PhytoGerm. In: Thomé-Kozmiensky, K.J., Goldmann, D. (eds.): Recycling und Rohstoffe, Band 9 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, Neuruppin. ISBN: 978-3-944310-27-5, pp. 177–192.
  • Wiche O, Hoffmann J, Gößner M (2014) Bioverfügbarkeit von Germanium und Seltenen Erden im Pflanze-Boden-System. Mitteilungen Agrarwissenschaften 25: 35-41.ISBN 978-3-89574-849-3
  • Wiche O, Zehnsdorf A, Schlenker U (2014) Naturnahe Rohstoffgewinnung aus kontaminierten Böden und Sedimenten – Forschung im BRZ Hirschfeld. Tagungsband zum 23. Sächsischen Altlastenkolloquium 6./7.11.2014 in Dresden
  • Wiche O, Heinemann U, Schreiter N, Aubel I, Tesch S, Fuhrland M, Bertau M, Heilmeier H (2014) Phytomining von Germanium - Bioakkumulation und Gewinnung von Germanium aus Biomasse von Pflanzen. In: Teipel U & Reller A (Hrsg.): Symposium Rohstoffeffizienz und Rohstoffinnovationen 2014. Fraunhofer Verlag, Stuttgart 495 S
  • Wiche O, Székely B, Kummer N-A, Heinemann U, Heilmeier H (2014) Analysis of bioavailable Ge in agricultural and mining-affected-soils in Freiberg area (Saxony, Germany). Geophysical Research Abstracts Vol. 16 EGU General Assembly 2014.
  • Wiche O, Székely B, Kummer N-A, Heinemann U, Tesch S, Heilmeier H (2014) Bioavailable concentrations of germanium and rare earth elements in soil as affected by low molecular weight organic acids and root exudates. Geophysical Research Abstracts Vol. 16, EGU General Assembly 2014.
  • Heinemann U, Wiche O, Tesch S, Heilmeier H, Wiesel M, Otto M (2013) Investigations on germanium speciation in plant materials after bioaccumulation by ETV-ICP OES. In: Tagungsband zum Colloquium Analytische Atomspektroskopie (CANAS) 2013, Freiberg, S. 106.
  • Wiche O, Busch S, Kummer N-A, Heinemann U, Heilmeier H (2013) Bioavailable Germanium in Different Soil Fractions. In: Tagungsband zum Colloquium Analytische Atomspektroskopie (CANAS) 2013, Freiberg, S. 87-88.

 

 

Poster

  • Wiche O (2017) Understanding rhizosphere processes to enhance phytoextraction of germanium and rare earth elements. Geophysical Research Abstracts 19, EGU2017-7211-1.
  • Hentschel W, Wiche O (2016) Exudation of organic acids by Lupinus albus and Lupinus angustifolius as affected by phosphorus supply. Geophysical Research Abstracts 18, EGU2016-16986.
  • Midula P, Wiche O (2016) Bioavailability of heavy metals, germanium and rare earth elements at Davidschacht dump-field in mine affected area of Freiberg (Saxony). Geophysical Research Abstracts 18, EGU2016-5989-1.
  • Wiche O (2016) Enhanced phytoextraction of germanium and rare earth elements – a rhizosphere-based approach. Geophysical Research Abstracts 18, EGU2016-9828-1.
  • Wiche O, Székely B, Moschner C, Heilmeier H (2015) Intercropping with white lupin (Lupinus albus L.); a promising tool for phytoremediation and phytomining research. Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015.
  • Wiche O, Fischer R, Moschner C, Székely B (2015) Assessment of Bioavailable Concentrations of Germanium and Rare Earth Elements in the Rhizosphere of White Lupin (Lupinus albus L.). Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015.
  • Wiche O, Székely B, Moschner C, Heilmeier H (2015) Effects of form of nitrogen fertilization on the accumulation of Pb, As, Sc Ge and U in shoots of reed canary grass (Phalaris arundinacea L.). Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015.
  • Kaden U, Székely B, Wiche O (2015) The influence of phosphorus nutritional status on the uptake of germanium in Panicum miliaceum and Brassica alba. Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015.
  • Hentschel W, Wiche O (2015) Bioavailable concentrations of germanium and rare earth elements in soil fractions. Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015.
  • Zill J, Wiche O (2015) Uptake of Germanium and Rare Earth Elements (La, Gd, Er, Nd) by white mustard (Brassica alba L.) and common millet (Panicum milliaceum L.) as affected by Phosphorus Nutrition. Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015.
  • Wiche O, Székely B, Kummer N-A, Heinemann U, Heilmeier H (2014) Analysis of bioavailable Ge in agricultural and mining-affected-soils in Freiberg area (Saxony, Germany). Geophysical Research Abstracts Vol. 16 EGU General Assembly 2014.
  • Wiche O, Székely B, Kummer N-A, Heinemann U, Tesch S, Heilmeier H (2014) Bioavailable concentrations of germanium and rare earth elements in soil as affected by low molecular weight organic acids and root exudates. Geophysical Research Abstracts Vol. 16, EGU General Assembly 2014.
  • Busch S, Kummer A-N, Heinemann U, Heilmeier H, Wiche O (2013) Bioavailable Germanium in Different Soil Fractions. Poster zum Colloquium Analytische Atomspektroskopie 2013 (CANAS) 2013, Freiberg
  • Wiche, O, Busch S, Kummer N-A, Heinemann U, Heilmeier H (2013) Bioavailable Germanium in Different Soil Fractions. In: Tagungsband zum Colloquium Analytische Atomspektroskopie (CANAS) 2013, Freiberg, S. 87–88.
  • Heinemann U, Wiche O, Tesch S, Heilmeier H, Wiesel M, Otto M (2013) Investigations on germanium speciation in plant materials after bioaccumulation by ETV-ICP OES. In: Tagungsband zum Colloquium Analytische Atomspektroskopie (CANAS) 2013, Freiberg, S. 106.