In der Hydrometallurgie kommen diverse Behandlungsmethoden, wie die Laugung, Solventextraktion, Präzipitation, Zementation und Elektrolyse zum Einsatz. Dabei repräsentiert die Biohydrometallurgie eine Erweiterung, da Mikroorganismen zur Extraktion von Metallen aus der Matrix (Biolaugung) oder zur selektiven Elementrückgewinnung angewendet werden. Es erfolgt die Evaluierung von geeigneten Mikroben, deren Kombinierbarkeit in Co-Kulturen sowie deren Lebensdauer und Reproduzierbarkeit. Die Mikroorganismen fungieren durch die Oxidation von anorganischen Komponenten als Biokatalysatoren samt Energiebereitstellung und können hohe Säurekonzentrationen erzeugen. Die Bestimmung der Prozessparameter Temperatur, pH-Wert als auch nötiger Additive ist unumgänglich. Zudem werden die Lösungen analysiert und behandelt, um Elementverluste samt reduzierter Recyclingraten zu verhindern.

Die Laugungsmethoden unterteilen sich in die direkte Biolaugung, charakterisiert durch den Kontakt zwischen Bakterien und Partikeloberfläche mit enzymatisch katalysierten Reaktionen im Biofilm, und den indirekten Mechanismus, wobei die Mikroben nach der Kultivierung abgetrennt werden. Letzterer Ansatz erlaubt die Erhöhung der Stoffdichte vom Aktivmaterial in der biomassefreien Lösung.

Durch Zusatz von Fällungsmitteln wandeln sich Metallionen in unlösliche Feststoffe um. Dabei kann durch schrittweises Erhöhen des pH-Werts der üblicherweise sauren Laugen (pH-Wert <3) hin zu basischen Bedingungen ein selektives Ausscheiden der Zielelemente erreicht werden, wobei aufgrund der ähnlichen Löslichkeiten der Hydroxide vorhandener Metallelemente das Risiko der Co-Präzipitation besteht. Daher kommen Peptide mit metallbindenden Eigenschaften zur Erhöhung der Selektivität zum Einsatz. Diese Biomoleküle erlauben die Metallabtrennung von wässrigen Lösungen durch Biosorption. Geeignete Peptide werden im Rahmen von FuLIBatteR identifiziert und durch Phagen-Anzeigeoberflächen stabilisiert.

Bioelektrochemische Systeme (BES) bieten eine nachhaltige Methode zur Rückgewinnung von Metallen aus Laugen mit einem im Vergleich zu konventionellen Elektrolysezellen geringeren Energiebedarf. Beim BES ist mindestens eine Elektrode mit einem elektroaktiven Film überzogen, der die Reaktion katalysiert. Die anodisch mikrobielle Oxidation von z.B. Abwasser stellt Elektronen bereit, welche abhängig vom Redox-Potential die elektrische Energie für die Metallreduktion vollständig/ teilweise verfügbar machen.

Beteiligte Industrieunternehmen und Forschungsinstitutionen in Projekt 3