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Nachhaltige Extraktion von Rohstoffen aus Meerestiefen

Für erneuerbare Technologien wie Windturbinen, Solarpaneele und Elektrofahrzeuge sind große Mengen „strategischer Metalle“ erforderlich. Obgleich diese Metalle für die Zukunft der Wirtschaft Europas von zentraler Bedeutung sind, besteht die Gefahr eines Versorgungsmangels, der auf die steigende Nachfrage zurückgeht, die durch den terrestrischen Bergbau nicht gedeckt werden kann.
Nachhaltige Extraktion von Rohstoffen aus Meerestiefen
Mineralienvorkommen in der Tiefsee stellen eine alternative Rohstoffquelle für den erneuerbaren Energiesektor Europas dar. Steigende Rohstoffpreise haben zur Folge, dass das Konzept, Rohstoffe vom Meeresboden zu gewinnen, für Investoren jetzt attraktiver wird. Die extremen Bedingungen, die in den Meerestiefen herrschen, stellen allerdings große technische und umweltbezogene Herausforderungen dar, die im Vergleich zum landbasierten Bergbau völlig anders sind.

Das EU-finanzierte Projekt BLUE MINING ging Herausforderungen in Verbindung mit der Extraktion von Tiefsee-Mineralien an, die von der Entdeckung und Bewertung von Mineralien, über Gewinnungstechnologien bis hin zu dem erforderlichen rechtlichen und regulatorischen Rahmen reichen. „Das Konsortium stellte über die Entwicklung der technischen Kapazitäten für die angemessene und kosteneffektive Entdeckung, Bewertung und Gewinnung von Tiefsee-Mineralienvorkommen in Tiefen von bis zu 6000 m bahnbrechende Lösungen für eine nachhaltige Bergbauwertschöpfungskette in der Tiefsee bereit“, sagt Projektkoordinator Dr. Jort van Wijk.

Die Forscher zielten auf die Durchführung zuverlässigerer und präziserer Explorationsuntersuchungen für Meeresboden-Massivsulfide (seafloor massive sulphides, SMS), erschöpfte SMS-Vorkommen (extinct SMS deposits, eSMS) und Meeresboden-Manganknollen (sea floor manganese nodules, SMnN) ab. Daraufhin wurden neue Sensortechnologien für die schnelle Entdeckung von Tiefseevorkommen und für die präzisere Bewertung ihrer Dimensionen entwickelt.

Neue Tools und Sensoren

Neue geophysikalische Tools, verbesserte prädiktive Kartierungstechniken und Beprobungen ermöglichten eine schnelle und zuverlässige Kartierung und Modellierung potenzieller Rohstoffe. Das Team entwickelte Ansätze zur Messung nachhaltiger Bergbautätigkeiten anhand von Indikatoren und zur Förderung eines positiven Verhaltens von Unternehmern anhand von Anreizen. Weiterentwickelte Tools ermöglichen die räumliche Verwaltung und Kontrolle von Meeresbodenbereichen und die nachhaltige Nutzung der dort vorhandenen Rohstoffe. Diese Tools können als Blaupause für Machbarkeitsstudien im Bergbau in Bezug auf Tiefsee-Mineralien verwendet werden.

Im Zuge von Forschungsreisen testeten Wissenschaftler einen neuen kombinierten Eigenpotenzial-/Magnetsensor, der auf ein in die Tiefe abgelassenes System montiert wurde. Die Ergebnisse wurden zur Erstellung der größten Karte des Meeresbodens genutzt, die auf einem autonomen Unterwasserfahrzeug basiert. „Unser neues Modell deutet darauf hin, dass viele der kleineren Vorkommen wahrscheinlich ökonomisch wertvoller sind, als es die Berechnungen alleine auf Grundlage des Hügelvolumens vermuten lassen“, erklärt der leitende Forscher des Projekts Dr. Bramley Murton.

Im Rahmen von BLUE MINING wurden durch Laborexperimente Computercodes entwickelt und validiert sowie detaillierte Simulationen zur Anstiegsdynamik und zu Schlammtransportprozessen durchgeführt. Van Wijk erklärt hierzu: „Diese Tests sind notwendig, um Tools für die Entscheidungsfindung zu validieren und um einen Eindruck von den Problemen zu geben, mit denen zu rechnen ist, wenn große Mengen von Schlamm im Meer transportiert werden.“

Mineralientransport vom Meeresboden

Forscher entwarfen eine Konfiguration von Steigrohren und eine Unterwasserpumptechnik, um mineralische Rohstoffe über eine Entfernung von bis zu 6000 m vom Meeresboden an die Oberfläche zu transportieren. „Der vertikale hydraulische Transport wurde an einer zweckbestimmten Anlage getestet und beobachtet, die ein 125 m langes Steigrohr aufweist und dadurch den größten Prüfstand in Europa für den vertikalen Transport im Tiefseebergbau darstellt“, erklärt van Wijk. „Es wurde zudem eine Schiff-zu-Schiff-Übertragungstechnologie entwickelt, um das abgebaute Material von dem Bergbauschiff an das Transportschiff zu übertragen.“

Bei der Gestaltung des vertikalen Transportsystems wurde vor allem auf die Verdichterstationen geachtet, was zur Entwicklung und Erprobung eines speziellen Tiefsee-Motorprototypen führte. „Der Motor wird aufgrund seiner offenen Struktur mit Wasser gefüllt und gekühlt, sodass er kein Schmiermittel benötigt, was die Umweltfolgen des Motors minimiert“, merkt van Wijk an.

BLUE MINING wird den Zugang zu Rohstoffen sicherstellen und somit die Abhängigkeit der EU von Rohstoffimporten senken wie auch den Bergbausektor Europas und die damit verbundenen Technologieanbieter stärken. Das Projekt wird es der EU auch ermöglichen, ein globaler Technologieführer in Verbindung mit der Exploration und nachhaltigen Extraktion von Tiefsee-Mineralien zu werden.

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

BLUE MINING, Steigrohr, seafloor massive sulphides (SMS), Tiefsee-Bergbau, Schlamm, extinct SMS deposits (eSMS), sea floor manganese nodules (SMnN), Verdichterstation
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