Editorial

Rohstoffe in der Tiefsee

Nahezu alle metallischen Rohstoffe, die die Menschheit gegenwärtig benötigt, werden an Land gewonnen. Mit jedem Anstieg der Rohstoffpreise und der zunehmenden Nachfrage einer wachsenden Weltbevölkerung nach neuen Technologien, könnte es attraktiver werden, auch im Meer nach metallischen Rohstoffen zu suchen. Und der Bedarf für den Ausbau der E-Mobilität, die Energiewende und für die zunehmende Digitalisierung aller Lebensbereiche erhöht sich weiter. Die Europäische Union sieht mittlerweile die Versorgung mit 27 strategisch wichtigen Rohstoffen (2017) kritisch. Hierunter fallen beispielsweise Antimon, Germanium oder Kobalt. Die Folgen einer Rohstoffknappheit würden die deutsche Industrie besonders treffen, denn sie ist bei metallischen Rohstoffen nahezu komplett importabhängig.

Stellen die Ozeane vor diesem Hintergrund eine attraktive Alternative für die Rohstoffbeschaffung dar? Dieser Frage wollen wir in unserem neuen ESKP-Themenspezial nachgehen. Die Erkundungen nach metallischen Rohstoffen in der Tiefsee sind voll im Gange: im Indischen Ozean, im Pazifik, auf alten Seerücken oder den Flanken submariner Vulkane. Insbesondere Kupfer, Kobalt und Nickel kommen in der Tiefsee in Mengen vor, die mit denen an Land vergleichbar sind. Der Run auf die Erkundungslizenzen hat bereits begonnen und die Unterwasserwelt wird nach und nach aufgeteilt, um den Tiefseebergbau voranzutreiben. So haben sich die Anträge bei der Internationalen Meeresbodenbehörde in den letzten fünf Jahren verdreifacht.

Doch ist aus Umweltgesichtspunkten der Abbau metallischer Rohstoffe im Meer überhaupt vertretbar? Welche Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme hätten riesige Trübungswolken am Meeresgrund? Wie ausgereift sind die Technologien für den Meeresbodenbergbau? Wie könnte ein zuverlässiges Umweltmonitoring in der Tiefsee aussehen? Wäre es besser nach Einsparmöglichkeiten an Land zu suchen und Alternativen zu erforschen? Viele durchaus strittige Fragen, die wir aus Sicht der Forschung beleuchten wollen.

Bei den primären Metallrohstoffen ist Deutschland fast vollkommen importabhängig. (BGR)

An dieser Stelle möchten wir uns äußerst herzlich bei allen mitwirkenden Wissenschaftler*innen der Helmholtz-Gemeinschaft bedanken. Beteiligt diesmal waren das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ, das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) sowie das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF)

Unser besonderer Dank gilt der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) mit der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) für die große Unterstützung. Ebenso herzlich Danke sagen wir den beteiligten Expert*innen des Kieler Walther-Schücking-Instituts für Internationales Recht, des Konsortiums Deutsche Meeresforschung (KDM) sowie des Zentrums für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen MARUM.

Viel Freude beim Eintauchen in das Tiefsee-Themenspezial wünscht

Ihre ESKP-Redaktion

Dezember 2018

Bedarf an kritischen Metallen

Begehrte metallische Rohstoffe

In den letzten 30 Jahren hat China seine Rohstoffnachfrage nach Aluminium, Blei, Kupfer, Nickel, Eisen, Zink und Zinn stark ausgebaut. Gerade für Zukunftstechnologien haben etliche Rohstoffe eine besondere Relevanz. So gehört Kobalt zum festen Bestandteil von Smartphones oder E-Fahrzeugen. Recycling wäre eine wichtige Alternative zum Rohstoffabbau, jedoch stoßen recycelte Materialien beim Verbraucher häufig auf Skepsis.

Künftiger Bedarf metallischer Rohstoffe

Die weltweite Nachfrage nach Rohstoffen steigt. Gerade rohstoffintensive Schlüssel- und Zukunftstechnologien können starke Nachfrageimpulse auslösen und damit einen erheblichen Einfluss auf die Rohstoffmärkte haben. 

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Kobaltbedarf für Batterien und E-Mobilität

Kobalt gehört zu den wichtigsten Rohstoffen für Zukunftstechnologien. Das Metall findet aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften in vielen unterschiedlichen Bereichen Anwendung.

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Unsere Primärrohstoffordnung

Müssen immer neue Rohstoffvorkommen aufgetan werden, um den steigenden Bedarf an High-Tech-Produkten zu sichern? Obwohl Recycling positiv besetzt ist, werden Produkte aus recycelten Materialien häufig skeptisch gesehen.

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Europäische Versäumnisse bei der Erschließung und Bewertung neuer Lagerstätten

Auch mit modernsten Technologien benötigen Geologen mindestens 10 Jahre, um einen Rohstoff als Reserve oder Ressource der Industrie bereitstellen zu können. Europa investiert bisher wenig in die Bewertung und Erschließung eigener Lagerstätten. Mit einer Änderung dieser Philosophie ließen sich auch viele Umweltprobleme in Entwicklungsländern vermeiden, die der Bergbau dort verursacht. Der Lagerstättenkundler Prof. Dr. Jochen Kolb vom Institut für Angewandte Geowissenschaften des KIT im Interview.

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Tiefseeregionen für die Rohstoffsuche

Rohstoffvorkommen weltweit im Visier

Betrachtet man das wirtschaftliche Potential von metallischen Rohstoffen in der Tiefsee, zeigt sich, dass momentan vor allem drei Lagerstätten-Typen relevant sind: Manganknollen, kobaltreiche Eisen-Mangan-Krusten und Massivsulfide. Bei der Suche nach Vorkommen muss es auch darum gehen, Alternativen und Lösungswege zu erforschen, um die Auswirkungen des Meeresbergbaus auf die dortigen Ökosysteme möglichst gering zu halten. Die Zeit drängt: Zwar findet bislang noch kein Tiefseebergbau statt, aber es wurden weltweit bereits 29 Lizenzen zur Exploration vergeben.

Wirtschaftlich interessante Gebiete, wo suchen?

Es gibt Gebiete in der Tiefsee, die artenarm sind, andere wie die Schwarzen Raucher jedoch hoch biodivers. Untersuchungen von Massivsulfiden zeigen, dass inaktive Vorkommen generell größer sind als Schwarze Raucher. Wird an den falschen Orten gesucht?

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Mengen metallischer Rohstoffe – was schlummert im Meer?

Von welchen bekannten Mengen an Rohstoffen im Meer ist momentan auszugehen? Wie fällt der Vergleich zum Land aus und ist das Rohstoffpotential im Meer langfristig tatsächlich eine Alternative? Auskunft gibt Dr. Sven Petersen vom GEOMAR.

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Exploration in der Tiefsee – die Aufteilung der Rohstofflizenzgebiete

Wie wird die Unterwasserwelt aufgeteilt, wie funktioniert die Lizenzvergabe? Welche Rechte, aber auch Pflichten ergeben sich für die Lizenznehmer? Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) gibt dazu einen Überblick.

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Erforschung potentieller Abbaugebiete

Ökosysteme in 4000 Metern Tiefe verstehen

Bei der Erforschung von Lagerstätten und potentiellen Umweltauswirkungen des Tiefseebergbaus betreten Forscher vielfach Neuland. Die Herausforderungen an Gerät und Technik sind groß, will man die Funktionsweise von Ökosystemen am Meeresboden besser kennenlernen und den Abbau von metallischen Rohstoffen durch Umweltmonitoring begleiten. Viel hängt davon ab, ob die potentiell eingesetzte Abbautechnologie tiefere, sauerstofffreie Sedimentbereiche stört und wie stark aufgewirbelte Sedimentpartikel verdriftet werden.

Nachhaltige Auswirkungen des Tiefseebergbaus

Die Technologie für ein umfassendes Umweltmonitoring in der Tiefsee ist vorhanden. Es gilt nun, die Arbeit der Internationalen Meeresbodenbehörde am 'Mining Code' zu unterstützen. Benötigt werden verlässliche Indikatoren für einen guten Umweltzustand und Grenzwerte zur Verhinderung von Umweltschäden.

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Baseline-Studien für die Erkundungsgebiete

Ohne die Kenntnisse der Sedimentationsbedingungen sowie der ökologischen und geochemischen Zustände in der Tiefsee können die Auswirkungen zukünftiger menschlicher Eingriffe in die Tiefsee nicht ermittelt werden. Insbesondere die Clarion-Clipperton Zone im äquatorialen Pazifik ist für den Manganknollen-Abbau potentiell interessant.

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Herausforderung Umweltmonitoring in der Tiefsee

Umweltmonitoring in der Tiefsee ist aufwändiger als Erprobung und Erkundung. Um verlässliche Daten zu erhalten, müssen viele technologische Anwendungen, die momentan nur als Prototypen vorliegen, in die kommerzielle Nutzung überführt werden.

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Gewinnung von Manganknollen: technische Herausforderungen

Der Aufwand, um Manganknollen aus großer Meerestiefe an die Oberfläche zu befördern ist immens. Viele der eingesetzten Technologien müssen neu entwickelt werden, um den Anforderungen an einen Dauerbetrieb standzuhalten.

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Golden Eye – auf der Suche nach Massivsulfiden

Das Aufspüren von Massivsulfiden in der Tiefsee gleicht der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Dafür wurde „GOLDEN EYE“ entwickelt, eine bislang weltweit einzigartige Multisensorplattform für elektromagnetische Messungen in der Tiefsee.

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Nautilus Minerals' Weg zum Tiefseebergbau

In Papua-Neuguinea versucht ein kanadisches Unternehmen, dem Meer wirtschaftlich Gold und Kupfer abzuringen. Wie realistisch ist das Vorhaben? Was sind möglicherweise limitierende Faktoren? Wie weit ist die Technik bei anderen Akteuren wie Japan?

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Umweltauswirkungen minimieren - Regeln etablieren - Ressourcen einsparen

Handlungsoptionen

Die Umweltauswirkungen des Tiefseebergbaus sind zum Teil erheblich. Ökosysteme werden empfindlich gestört und Sedimentwolken entfalten noch viele Kilometer vom Abbauort entfernt ihre Wirkung. Das Verständnis dieser komplexen Prozesse muss weiter verbessert werden, wirksame Umweltregularien werden benötigt. Zudem müssen neue Konzepte für die Verarbeitung der Rohstoffe entwickelt werden, damit ein möglicher Abbau nachhaltig organisiert werden kann. Aber auch an Land muss gehandelt werden, um Ressourcen einzusparen, das Recycling zu stärken oder die Ausbildungsinhalte in der wissenschaftlichen Ausbildung anzupassen.

Die Vermessung des Meeresbodens

Betrachtet man eine Weltkarte, scheint jeder Winkel der Erde lückenlos kartiert. Selbst der Meeresboden wirkt auf Karten so, als ob bekannt sei, wie seine Oberfläche in der Tiefe der Ozeane aussieht. Dabei ist nur ein Bruchteil davon bisher erforscht.

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Sedimentationsprozesse und Trübungswolken erforschen

Beim Abbau von Manganknollen wird Sediment vom Meeresboden aufgewirbelt. Es bilden sich Trübungswolken, die in bis zu 30 Kilometern Entfernung noch deutliche Spuren am Meeresboden hinterlassen. Um die Prozesse und Folgen zu verstehen, ist noch eine intensive Forschungsarbeit nötig.

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Strategien zur Renaturierung von Abbaugebieten

Mehr als 100.000 verschiedene Arten in den Ozeanen sind bekannt. Belastbare Aussagen zu einer potentiellen Wiederbesiedelung abgebauter Flächen können nur auf der Basis intensiver wissenschaftlicher Untersuchungen getroffen werden.

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Regeln für den Abbau: Die Verfassung der Meere und die IMB

Über die Nutzung der Rohstoffe am Meeresboden wacht die Internationale Meeres­boden­behörde der Vereinten Nationen (IMB). Wie funktioniert der Regelapparat? Kann ein solcher Abbau auch umweltschonend gestaltet werden? Dazu ein Interview mit Dr. Sven Petersen, Experte für marine Rohstoffe am GEOMAR in Kiel.

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Rechtliche Verfahren vor dem Internationalen Seegerichtshof

Welche Fälle verhandelt das ‚Seabed Disputes Chamber’ am Internationalen Seegerichtshof in Hamburg? Wie würde eine Streitschlichtung beim Tiefsee-Bergbau aussehen und welche Rechtsverbindlichkeit hätten künftige Urteile?

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Abbau- und Managementstrategien

Momentan wird erwartet, dass Schädigungen durch den Abbau reduziert werden können, wenn gestörte Flächen durch ungestörte Areale unterbrochen sind. Es besteht jedoch noch umfassender Forschungsbedarf, um wissenschaftlich fundierte Empfehlungen zu geeigneten Abbaustrategien zu geben.

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Die Verarbeitung von Manganknollen nach dem „Zero-Waste-Konzept“

Die wertvollen Metalle in Manganknollen machen nur einen kleinen Teil der Gesamtknollen aus. Bei den momentan verfügbaren Verarbeitungsverfahren würde ein Großteil der Knollenanteile ungenutzt auf Deponien landen. Damit die Nutzung von Manganknollen nachhaltig organisiert wird, müssen neue Wege eingeschlagen werden.

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Phosphor und Metalle – die Phosphorite am Meeresboden

Phosphorite enthalten den Phosphor, der als Düngebestandteil für die hohe Produktivität der globalen Landwirtschaft unverzichtbar ist. Der Abbau von Phosphoriten am Meeresboden wird immer wahrscheinlicher und die enthaltenen Metalle könnten mitgenutzt werden.

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Kann Kobalt zukünftig in Batterien ersetzt werden?

Kobalt ist für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus unverzichtbar. Dementsprechend groß ist die Abhängigkeit vieler Hersteller, auch hier in Deutschland. Um diese Abhängigkeit zu reduzieren, werden am Helmholtz-Institut Ulm kobaltfreie Energiespeichermaterialien erforscht.

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Von der Utopie einer Kreislaufwirtschaft

Interview mit Prof. Markus Reuter, Direktor am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, zur Recyclingfähigkeit von Mobiltelefonen, den Grenzen des Stoffkreislaufs und möglichen Strategien im Umgang mit immer komplexeren High-Tech-Produkten.

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Eine Denkfabrik für die Rohstoffwende

Der THINKTANK "Industrielle Ressourcenstrategien" ist national und europaweit einzigartig. Hochrangige Experten aus Wissenschaft, Politik und Industrie entwickeln gemeinsam Strategien, unter anderem um die Rohstoffverfügbarkeit besser abzuschätzen und um größere Transparenz entlang der Wertschöpfungsketten zu schaffen.

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Impulse für die naturwissenschaftliche Ausbildung

Wie entstehen Konflikte um die Rohstoffgewinnung? Wie weit reicht die Verantwortung der Forschung? Mit diesen Fragen können Verantwortliche im Tiefseebergbau konfrontiert werden. Sozialwissenschaftliche Perspektiven können beim Verständnis hilfreich sein.

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Forschungsbedarf

Was muss noch weiter erkundet werden?

Es gibt noch viele offene Fragen, wenn es um die Folgen des Meeresbodenbergbaus für die dortigen Ökosysteme geht. Bis es zur wirtschaftlichen Nutzung mariner mineralischer Rohstoffe der Tiefsee kommt, kann die Forschung Grundlagen für eine Risikoabschätzung erarbeiten. Es müssen aber auch völlig neue Technologien entwickelt werden, um ein verlässliches Umweltmonitoring in der Tiefsee zu gewährleisten.

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