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Breakthrough Solutions for the Sustainable Harvesting and Processing of Deep Sea Polymetallic Nodules

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System für Tiefseebergbau nach polymetallischen Knollen am Grund der Meere

Der Tiefseeboden birgt riesige Rohstoffressourcen. Dort sind auch kritische Rohstoffe zu finden, die für die heutigen Industriesektoren und innovativen Technologien in Europa von entscheidender Wichtigkeit sind. Sie sind bei der Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die Energiewende, etwa Batterien sowie Windkraft- und Solarenergieanlagen, nahezu unverzichtbar.

Klimawandel und Umwelt
Industrielle Technologien
Energie

Die auf dem abyssalen Meeresboden der meisten Ozeanbecken vorhandenen polymetallischen Knollen enthalten Millionen Tonnen Metalle wie zum Beispiel Nickel, Kupfer, Kobalt und Mangan sowie Gallium und Seltenerdelemente. Effizienter Tiefseebergbau nach diesen Knollen erfordert eine vollständige, hochtechnisierte, bergbautaugliche Wertschöpfungskette. Bislang hat aber noch kein integriertes System für Gewinnung, vertikalen Transport und Verarbeitung an der Oberfläche jemals die industrielle Realisierbarkeit erreicht. Zugleich ist es wichtig, die biologische Vielfalt und die Ökosysteme der Tiefsee zu verstehen, damit wirksame Normen und Vorschriften für Umweltverträglichkeitsprüfungen eingeführt werden, um angemessen auf den künftigen Tiefseebergbau und damit verbundene Umweltherausforderungen reagieren zu können.

Vom Meeresboden an die Küste

Das Projekt Blue Nodules hat nun mithilfe von EU-Finanzierung „ein Konzept für die gesamte Logistikkette entworfen und dabei das komplexe Problem des Umweltschutzes bis zum Technologie-Reifegrad 6 gelöst“, stellt Projektkoordinator Laurens de Jonge klar. „Diese ehrgeizige Initiative ist ein wichtiger Schritt, um umweltfreundliche Technologien zur Gewinnung und Verarbeitung der polymetallischen Knollen vom Meeresboden entwickeln und erproben zu können“, erläutert er. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht das Unterwasser-Erntefahrzeug Apollo II (im Bild), das in Wassertiefen von bis zu 6 km die Knollen einsammelt. Das für den Meeresgrund geeignete Raupenfahrzeug ist mit dem Offshore-Wasserfahrzeug über einen Schlauch zum vertikalen Transportsystem und ein Versorgungskabel verbunden, das Datenverbindungen und die Versorgung mit elektrischer Energie enthält. Die Knollen werden vor Ort am Meeresboden bearbeitet und von den Sedimenten getrennt. An Bord des Schiffes werden die Knollen entwässert und das Wasser aus der Tiefsee wird an seinen ursprünglichen Ort zurückgeführt. Ein anderes Schiff bringt dann das Erz zur Verarbeitung an Land, wo die Metalle gewonnen werden.

Die Auswirkungen auf die Umwelt minimieren

Anhand detaillierter Computersimulationen entwickelte das Blue Nodules-Team ein Verfahren zum Einsammeln der Knollen, bei dem der Meeresboden, der hauptsächlich aus weichem, klebrigem Sediment besteht, nur minimal gestört wird. 2018 und 2019 wurden die Modellsimulationen der Trübungswolken, des Lärms und der Veränderungen am Untergrund des Meeresbodens in Laborexperimenten und Feldversuchen validiert. Priorität hatte dabei eine minimale Mobilisierung von Meeresbodensedimenten und Verteilung von Schwebstoffen in den Trübungswolken, die durch die Fahrzeugbewegung, die Knollenaufnahme und das Rücklaufwasser aus der Weiterverarbeitung an der Oberfläche verursacht werden. Zukünftig arbeitet die Forschungsgruppe des Projekts an der Reduzierung der kinetischen Energie der vom Fahrzeug ausgelösten Trübungswolke, was letztlich eine kleinere Trübungswolke bedeuten wird. Das Team versucht außerdem, hydraulische Bauteile wegzulassen, um die Gefahr einer Kontaminierung des Meeresbodens zu verringern. „In der Gesetzgebung verankerte Umweltnormen sind nur dann sinnvoll, wenn sie in den Entwurfsprozess und in den Betrieb einbezogen und konsequent überwacht werden können“, betont de Jonge. „Im Rahmen der Zusammenarbeit von Wissenschaft, Industrie und Gesetzgebung während der Bau- und Prüfphasen hat Blue Nodules nicht nur eine nachhaltige Ausrüstung konzipiert, sondern auch einen Überwachungs- und Sensoraufbau entwickelt. Dieser misst, erfasst und quantifiziert die Auswirkungen auf die Umwelt, etwa Trübungswolke, Lärm und Veränderungen am Untergrund, auf objektive Weise.“

Tiefseebergbau wird Realität

Nachfolger des Projekts Blue Nodules ist Blue Harvesting. Blue Harvesting wird sich gemeinsam mit vielen der ursprünglichen Partner auf die Entwicklung und Verbesserung des Sammlers konzentrieren. Es gilt, die Umweltbelastung zu reduzieren und dabei gleichzeitig Produktionsrate und Effizienz beizubehalten. Integrierte Feldtests und Pilotabbautests in einer entsprechenden Umgebung auf hoher See werden den Technologie-Reifegrad 7 erreichen. Die aus 167 Mitgliedstaaten und der Europäischen Union bestehende Internationale Meeresbodenbehörde – ISA hat gemäß dem Seerechtsübereinkommen der Vereinten Nationen den Auftrag, alle Aktivitäten im Bereich des internationalen Meeresbodens, die im Zusammenhang mit den Bodenschätzen der Tiefsee stehen, zum Wohle der Menschheit als gemeinsames Erbe zu organisieren, zu regulieren und zu kontrollieren. Die ISA hat Vorschriften für die Erschließung in internationalen Gewässern erlassen und arbeitet gegenwärtig an Vorschriften für den Abbau.

Schlüsselbegriffe

Blue Nodules, Bergbau, Meeresboden, Tiefsee, Umwelt, Energie, polymetallische Knollen, Offshore-Verarbeitung, kritische Rohstoffe

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