Impulsvortrag zum Thema: Marine Mineralische Rohstoffe: Exploration und Bergbau

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1 Impulsvortrag zum Thema: Marine Mineralische Rohstoffe: Exploration und Bergbau Dr. Thomas Kuhn MARIT21-Workshop / Ilmenau, November 2010

2 Metallbedarf für Zukunftstechnologien Rohstoff Zukunftstechnologie (Auswahl) x 22 x 7 x 8 x 8 Gallium Dünnschicht- Photovoltaik, IC, WLED Neodymium Permanentmagneten, Lasertechnologie Indium Displays, Dünnschicht- Photovoltaik Germanium Glasfaserkabel, IR optische Technologien Scandium gering 2.28 SOFC Brennstoffzellen, Al-Legierungselement Platinum gering 1.56 Brennstoffzellen, Katalyse x 3 x 3 x 1,2 x 2 x 3 x 4 x 3 Tantalum Mikrokondensatoren, Medizintechnik Silver RFID, Bleifreie Weichlote Zinn Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden Kobalt Lithium-Ionen-Akku, XtL Palladium Katalyse, Meerwasserentsalzung Titan Meerwasserentsalzung, Implante Kupfer Effiziente Elektromotoren, RFID Fraunhofer-Studie Globaler Globaler Rohstoffbedarf Rohstoffbedarf für für Zukunftstechnologien im im Jahr Jahr und und (als (als Vorhersage) Vorhersage) im im Verhältnis Verhältnis zur zur gesamten gesamten heutigen heutigen Weltproduktionsmenge des des jeweiligen jeweiligen Rohstoffs Rohstoffs Quelle: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung, Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung, 2009

3 Metallbedarf für Zukunftstechnologien Rohstoff Zukunftstechnologie (Auswahl) Gallium Dünnschicht- Photovoltaik, IC, WLED Fraunhofer-Studie Neodymium Permanentmagneten, Lasertechnologie Indium Displays, Dünnschicht- Photovoltaik Germanium Glasfaserkabel, IR optische Technologien Scandium gering 2.28 SOFC Brennstoffzellen, Al-Legierungselement Platinum gering 1.56 Brennstoffzellen, Katalyse Tantalum Mikrokondensatoren, Medizintechnik Silver RFID, Bleifreie Weichlote Zinn Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden Globaler Globaler Rohstoffbedarf Rohstoffbedarf für für Zukunftstechnologien im im Jahr Jahr und und (als (als Vorhersage) Vorhersage) im im Verhältnis Verhältnis zur zur gesamten gesamten heutigen heutigen Weltproduktionsmenge des des jeweiligen jeweiligen Rohstoffs Rohstoffs Kobalt Lithium-Ionen-Akku, XtL Palladium Katalyse, Meerwasserentsalzung Titan Meerwasserentsalzung, Implante Kupfer Effiziente Elektromotoren, RFID Quelle: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung, Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung, 2009

4 Metallbedarf für Zukunftstechnologien Rohstoff Zukunftstechnologie (Auswahl) x 22 x 7 x 8 x 8 Gallium Dünnschicht- Photovoltaik, IC, WLED Neodymium Permanentmagneten, Lasertechnologie Indium Displays, Dünnschicht- Photovoltaik Germanium Glasfaserkabel, IR optische Technologien Scandium gering 2.28 SOFC Brennstoffzellen, Al-Legierungselement Platinum gering 1.56 Brennstoffzellen, Katalyse x 3 x 3 x 1,2 x 2 x 3 x 4 x 3 Tantalum Mikrokondensatoren, Medizintechnik Silver RFID, Bleifreie Weichlote Zinn Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden Kobalt Lithium-Ionen-Akku, XtL Palladium Katalyse, Meerwasserentsalzung Titan Meerwasserentsalzung, Implante Kupfer Effiziente Elektromotoren, RFID Fraunhofer-Studie Globaler Globaler Rohstoffbedarf Rohstoffbedarf für für Zukunftstechnologien im im Jahr Jahr und und (als (als Vorhersage) Vorhersage) im im Verhältnis Verhältnis zur zur gesamten gesamten heutigen heutigen Weltproduktionsmenge des des jeweiligen jeweiligen Rohstoffs Rohstoffs Preisanstieg durch erhöhte Nachfrage Intensivierung der Exploration Erhöhtes Verfügbarkeitsrisiko bei einigen landgebundenen Rohstoffen (Mn, Co, Ge, Seltene Erden) Viele von diesen Entwicklungen betroffenen Metalle sind in marinen mineralischen Rohstoffen enthalten Quelle: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung, Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung, 2009

5 Marine mineralische Rohstoffe der Tiefsee Mn-Knollen (Mn, Ni, Cu, Co, Zn, Mo, Li, Nd) FeMn-Krusten (Mn, Ti, Co, Ni, Te, Pb, Pt, SEE) Polymetallische Massivsulfide (Cu, Au, Ag, Zn, Pb, In, Ge)

6 Meeresboden mit Manganknollen BGR

7 Meeresboden mit Manganknollen Zweidimensionale Lagerstätte in m WT Geochemische Zusammensetzung ist relativ stabil (Cu+Ni: 2,5%, Mo: ca. 600 ppm, Li: ca. 120 ppm) Belegungsdichte (kg/m 2 ) 0 30 kg/m 2 ; Cut-Off: 10 kg/m 2 (Trockenmasse) Entwicklung von Methoden zur Fernerkundung größer Flächen hinsichtlich der Belegungsdichte

8 Manganknollengürtel im Zentralpazifik

9 Explorationstechnik m Autonome Systeme Ziel: Kartierung von Topographie und Oberflächenbeschaffenheit Aussage über Knollenbelegungsdichten Schiffsgestützte Systeme Tiefgeschleppte Systeme

10 Explorationstechnik Technologische Herausforderungen: Hochauflösende Kartierung im Bereich von < 1 m bei gleichzeitiger Kartierung großer Flächen tiefgeschlepptes Seitensichtsonar mit großer Überdeckung (z.b. Synthetic Aperture Sonar?) Navigation mit entsprechender Auflösung (LBL oder INS gekoppelt mit USBL) Autonome Unterwasserfahrzeuge mit längerer Standzeit bei gleichzeitig größerer Payload (z.b. Multibeam + Seitensichtsonar+Videokamera)

11 Vorkommen polymetallischer Massivsulfide Mittelozeanische Rücken Vulkanische Inselbögen Petersen, 2009

12 Vorkommen polymetallischer Massivsulfide Aktive Unternehmen: Nautilus Minerals Inc. Neptune Minerals Inc. Russischer Claim? Koreanische Aktivitäten Chinesischer Claim Petersen, 2009

13 Aufbau eines Hydrothermalsystems an einem MOR Mittelozeanischer Rücken Discharge Recharge >30% Wasser 150 C <1% Wasser 375 C Reaktionszone Magma Basalt Dikes Gabbro Devey et al., 2002 Hannington et al., 1995

14 Aufbau eines Hydrothermalsystems an einem MOR Mittelozeanischer Rücken Discharge Recharge >30% Wasser 150 C <1% Wasser 375 C Reaktionszone Magma Basalt Dikes Gabbro Abbau von inaktiven Massivsulfid-Feldern Hannington et al., 1995 Methoden zum Auffinden von inaktiven Feldern Methoden zur Untersuchung von Ausdehnung und Zusammensetzung von Massivsulfidvererzungen im Untergrund

15 Subseafloor-Exploration auf Massivsulfide Seafloor Geoservices Nautilus Minerals Inc. Profil durch das Massivsulfidfeld SOLWARA-1, Papua Neuguinea (Quelle. Nautilus Minerals Inc., 2010)

16 Explorationstechnik MMR: MeBo (Marum, Bremen) Schilling Robotics Prakla-Bohrtechnik Höhe: 6 m Einsatz bis 2000 m Kerne bis 70 m Länge Entwicklungspotenzial: Größere Wassertiefe kompaktere Systeme modulare Systeme MARUM, Bremen

17 Kobaltreiche Eisen-Mangan-Krusten 10 cm 2500 m Große, flache Gipfel Substrat Kruste crust Co-reiche Fe-Mn-Kruste Sediment 2500 m rock Basalt BGR Lockersediment Kalkstein Kobalt bis 2,0 % Nickel < 0,5 % Spurenelemente: Te, Zr, Pt, SEE Untersuchungsgebiete Obere Hänge von Seamounts (< 2500 m Wassertiefe) Krustenpflaster

18 Kobaltreiche Eisen-Mangan-Krusten 30 cm BGR Technologische Herausforderung: In-situ-Methoden zur Ermittlung der Krustendicke als Basis für Vorratsberechnung Krustendicke liegt durchschnittlich zwischen 3 und 20 cm

19 Abbau-/Fördertechnik Manganknollen Funktionsprinzip des DOMA- Kollektors, Japan Transportschiff Förderplattform ISA Förderstrang Trübewolke Aufnahmeprinzip des Aker Wirth - Kollektors, DE Manganknollen m Mn-Knollen- Kollektor Meeresboden Trübewolke Aker Wirth Konzept für den Tiefseebergbau auf Manganknollen

20 Abbau-/Fördertechnik Massivsulfide Nautilus Minerals Inc.

21 Technologische Herausforderungen Exploration Akustischen Verfahren zur Kartierung von Manganknollenbelegungsdichten (Rückstreuenergie/Reflektivität) Erhöhung der Energieeffizienz von autonomen Unterwasserfahrzeugen In-situ-Verfahren zur Bestimmung der Dicke von Kobaltkrusten Geoelektrische Verfahren zur Detektion und Mächtigkeitsbestimmung von inaktiven Massivsulfidfeldern Weiterentwicklung der robotischen Bohrsysteme (Wassertiefe, Kernlängen, ROV-kontrolliert) Integrierte Akustik-Optik sowie die Entwicklung von spektralanalytischen Verfahren für Sulfidexploration Autarke Energieversorgung für Sensorsysteme

22 Technologische Herausforderungen Bergbau Kollektorsystem für den Abbau von Manganknollen Ablösesystem für die Kobaltkrusten / Massivsulfide Fördersystem durch die Wassersäule (Airlift- versus Pumpensystem) Spezialkabel (Energieversorgung, Datenübertragung, Fernsteuerung) Winden- und Hebezeuge Spezialschiffe (Surface Units) für Abbaueinheiten und Transporte Umweltüberwachungssysteme inkl. autarke Energieversorgung Integriertes Projekt- und Systemmanagement

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Dr. Thomas Kuhn Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) B 1.1 Marine Rohstofferkundung Stilleweg Hannover Tel: thomas.kuhn@bgr.de M. Miljutina