2. Weser-Anrainer-Konferenz am in Lauchröden, Thüringen

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1 2. Weser-Anrainer-Konferenz am in Lauchröden, Thüringen Dr.habil. Ralf Krupp: Abfälle des Kalibergbaus: Stoffliche Verwertung oder umweltverträgliche Beseitigung? Kurzfassung des Vortrags Der Abbau der beiden flach lagernden Kaliflöze Thüringen und Hessen erfolgt auf zwei Sohlen im versatzlosen Kammer-Pfeiler-Bau (room and pillar mining). Die Stützpfeiler aus Kalisalzen machen zwischen 30 bis zu 60 Prozent der Lagerstätte aus und werden bei dieser Abbaumethode nicht gewonnen. Da kein Versatz der Hohlräume erfolgt konvergieren im Laufe weniger hundert Jahre die Abbaue, die Pfeiler werden durch Kriechprozesse gestaucht und das Deckgebirge sinkt nach bis die Hohlräume verschwunden sind. Die resultierenden Oberflächensenkungen liegen im Bereich einiger Meter und betreffen eine Fläche von mehreren hundert Quadratkilometern (Ausdehnung der ausgebeuteten Lagerstätte). Die Fabrik-Rückstände werden zu Kalihalden aufgeschüttet, die auf mehrere tausend Jahre die Umwelt mit Salzwässern belasten. Durch geeignete Einbringung dieser Rückstände als Versatz wäre eine Gewinnung der Stützpfeiler möglich. Die Rückstandshalden könnten restlos beseitigt und die Senkungen der Oberfläche auf ein Minimum reduziert werden. Eine Bilanzrechnung beweist, dass die Rückstände trotz Auflockerung vollständig in den Abbau- Hohlräumen untergebracht werden können. - Sondermüll-Einlagerungen sollten nicht zwischen noch gewinnbaren Stützpfeilern der Kalilagerstätte, sondern nur in geeigneten Steinsalz-Abbauen erfolgen. - Mit der Umstellung des Bergbaus auf Totalgewinnung und dem Rückbau der Kalihalden könnte begonnen werden, sobald das operative Vorgehen (Logistik, Technik, Gebirgsmechanik) geklärt und erprobt ist. Die geförderten Rohsalze haben einen Wertstoffgehalt von 26 bis 27 Prozent. Von der Jahresförderung (Bezugsjahr 2002) von 20,9 Mio. Tonnen Rohsalz werden nur 3,2 Mio. Tonnen Fertigprodukte hergestellt, während 2,2 Mio. Tonnen Wertstoffe ins Abwasser und auf Halde gehen. Dies entspricht einem Ausbringen von weniger als 58 Prozent. Die Gesamteffizienz (Gewinnungsrate mal Ausbringen) des Werkes Werra berechnet sich somit auf maximal (0,7*0.58 = 0,40) 40 Prozent! Eine weitere Betrachtung zeigt, dass pro Kubikmeter Abwasser 22,3 kg Kalium und 38 kg Magnesium verloren gehen. Dies entspricht Tonnen K und t Mg pro Jahr. (Die Kaliumverluste lassen sich auch als Tonnen KCl-Dünger (MOP) oder 22,2 Mio. Sack 63er Kalidünger pro Jahr ausdrücken, bzw. 2 Sack Kalidünger je Kubikmeter Abwasser, oder werktäglich 2 Güterzüge voll Kalidünger.) Das Wasser des Toten Meeres hat weniger als die Hälfte des Kaliumgehaltes der K+S-Abwässer und wird als Grundlage zur Kalidünger- Produktion verwendet (Dead Sea Works Ltd (ICL), Arab Potash Company (APC)). Magnesiumhydroxid wird nach einer klassischen Methode aus Meerwasser (mit 1,29 kg/m³ Mg) gewonnen, während die Kaliabwässer 38 kg/m³ Mg enthalten und eine ausgezeichnete Rohstoffbasis für Magnesiumoxide oder Magnesiumchlorid sein könnten. (Deutsche Automobilhersteller gewinnen ihr Magnesiummetall zusammen mit Dead Sea Magnesium Ltd. aus dem Toten Meer.) Der potentielle Wert der im Abwasser des Werkes Werra vernichteten Rohstoffe beläuft sich auf ca. 0,5 Mrd. Euro pro Jahr.

2 Für die Extraktion der Wertstoffe aus dem Abwasser stehen mehrere Alternativen zur Verfügung, die an die lokalen Besonderheiten adaptiert werden müssten. Hier ist an die Prozesstechnik von ICL (Israel Chemical Limited) oder der jordanischen APC (Arab Potash Company) gedacht, oder an das SAVE-2 Verfahren, das im Labormaßstab erprobt ist. Die Umweltprobleme des Kalibergbaus (Rückstandshalden, Kali-Abwässer, Geländesenkungen) ließen sich also weitgehend vermeiden, wenn man eine nachhaltige Rohstoffnutzung betreiben würde. Dies würde auch eine höhere Wertschöpfung, zusätzliche Arbeitsplätze und eine deutlich längere Lebensdauer der Lagerstätte mit sich bringen. Eine Fortführung des Kalibergbaus im bisherigen Stil ist daher nicht sinnvoll. Aus den genannten Gründen ist dringend die Wiedereinführung der Versatzpflicht für Kaliabbaue zu fordern, zusammen mit der Auflage, die Stützpfeiler zu gewinnen. Für die Abwässer sollte eine weitgehende Rohstoff-Nutzung vorgeschrieben werden. Alternativ zu einer Verbesserung der Aufbereitungstechnik wäre eine umweltverträgliche Entsorgung der Kaliabwässer denkbar, z.b. über eine Pipeline zur Nordsee. Diese Variante würde am schnellsten (innerhalb ca. 4 Jahren) zur Entlastung der Werra und zum Ende der Laugenversenkungen führen und würde bei zügiger Umsetzung die Einhaltung der Fristen und Umweltziele der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ermöglichen. Allerdings würden weiterhin erhebliche Rohstoffmengen vernichtet, was in dieser Dimension nicht vertretbar ist. Da aber auch die Laugenversenkung schon heute eingestellt werden müsste und eine weitere Belastung der Werra nicht in Frage kommen kann, sondern die Vorgaben und Fristen der Wasserrahmenrichtlinie beachtet werden müssen (Guter ökologischer Zustand von Werra und Weser bis 2015, Umkehr steigender Schadstoff-Trends im Grundwasser), ist sofortiger Handlungsbedarf seitens der Kali-Industrie, der Behörden und der Politik gegeben. Eine sinnvolle Teillösung bzw. eine Interimslösung könnte auch in der Nutzung von Abwärme vorhandener Kraftwerke bestehen, indem die Laugen zu diesen Standorten verbracht (Pipeline, Kesselwagen) und nach Vorbehandlung (z.b. SAVE-2 Verfahren) in einer dort zu errichtenden, fraktionierenden Vakuum-Kristallisation eingedampft werden. In jedem Fall müsste die Herstellung von verkaufsfähigen Produkten erfolgen, um die Kosten auszugleichen. Man könnte daran denken, die Nordsee-Pipeline kurzfristig als Entsorgungs- Pipeline zu bauen, aber mit der Vorgabe, schnellstmöglich dezentrale Verwertungszentren entlang der Pipeline-Trasse bei geeigneten Abwärme-Produzenten anzusiedeln. Eine sinnvolle Begleitmaßnahme wäre die Verabschiedung einer bereits früher vorgesehenen Wärmenutzungsverordnung auf Grundlage des Bundesimmissionsschutzgesetzes, welche die Abwärme erzeugende Industrie dazu zwingt, Verwertungsmöglichkeiten zu nutzen.

3 Abfälle des Kalibergbaus: Stoffliche Verwertung oder umweltverträgliche Beseitigung? Dr.habil. R. Krupp

4 Wie nachhaltig nutzen wir unsere Kali-Lagerstätten? Bild: K+S

5 Abbauverluste durch Stützpfeiler: 1/4 bis 1/3 der Lagerstätte. Gewinnungsrate < 70 %!!!

6 Konvergenz und Oberflächen-Senkungen Ohne Versatz Mit Versatz heute heute 3 bis >5 Meter 0,5 bis 1 Meter x100 Jahre x100 Jahre

7 Werra- Kalilagerstätte

8 Vorschlag zur Gewinnung der Stützpfeiler und zum Bergversatz Der Erlös aus den zusätzlich gewonnenen Kalisalzen kann die Kosten für Haldenrückbau und Bergversatz decken.

9 Untertagedeponie Herfa-Neurode Quelle: K+S Entsorgung

10 Volumenbilanz 100% 90% 80% 70% 8 Resthohlraum 64 Feste Rückstände 60% 50% 40% 30% 20% 10% 92 Spülversatz Salze im Abwasser Produkte 0% Volumenanteile Rohstoffanteile

11 Rohsalzmühle und ESTA-Anlage unter Tage Erster Aufbereitungsschritt; Abtrennung des Steinsalz-Ballasts. Ballast kann sofort wieder in Versatz gehen. Einsparung erheblicher Förderleistungen: W=m*g*h = 1000*9,81*700 = 6,9 MJ/t, oder bei 20 Mio t/a ca. 4,4 MW im Jahresmittel Freie Schacht-Kapazität für Versatz- Rückförderung.

12 Gelände nde-senkungen? Rückstands- Halden? Abbau- Verluste?

13 Forderungen: Die Lagerstätte muss möglichst zu 100 Prozent genutzt werden. Alte und neue Abbaue müssen vollständig versetzt werden. Bessere Abbau- und Versatz-Techniken müssen entwickelt / angewendet werden. Wieder-Einführung der Versatzpflicht im Kali-Bergbau, auch bei flacher Lagerung.

14 Wie gut ist die Aufbereitung?

15 K+S Kali GmbH, Werk Werra: Rohsalzzusammensetzung Wertstoffgehalt (KCl + MgSO 4 ) ca. 27% ca. 26% ca. 26% Wintershall Hattorf Unterbreizbach 2,1 13,0 2,2 13,4 2,5 11,4 9,0 37,6 1,1 11,0 12,3 69,2 64,9 2,8 46,8 Sylvin Carnallit Kieserit Halit Andere Quelle: K+S

16 Effizienz der Aufbereitung Mio. t / a 25,00 20,00 Rohsalzförderung Werk Werra 20,90 Ausbringen: < 58% 15,00 10,00 5,00 Fertigprodukte 3,20 Wertstoff-Verluste 2,20 0,00 1

17 Gesamt-Effizienz des Kalibergbaus an der Werra: Lagerstättennutzung mal Ausbringungsfaktor 0,7 * 0,58 = 0,4 40 %

18 Verschwendung oder Stand der Technik? Element- Gehalte Abwasser K+S Werk Werra (2002) Totes Meer, Gewinnung Dead Sea Works Ltd. (ICL) Arab Potash (APC) Mg(OH) 2 aus Meerwasser Klassische Methode Kalium 22,3 kg/m³ K t/a* 10.6 kg/m³ K ICL:1,49 Mio t/a** - APC:1,14 Mio t/a Magnesium 38 kg/m³ Mg 60.0 kg/m³ Mg 1.29 kg/m³ Mg t/a *) entspricht t/a KCl, also 22.2 Mio. Sack 63er Kali pro Jahr!!! **) 1,8 Mio t/a potash, vermutlich K 2 O ( 1 t K 2 O = 0,83 t K = 1,584 t MOP )

19 Solegewinnung durch Berieselung Sole-Reinigung Industriesalz

20 SAVE*-Varianten SAVE für Steinsalz-Rückstände SAVE-2 für Hartsalz-Rückstände SAVE-2 für Endlaugen *) von SAnierung und Verwertung; to save bedeutet auch einsparen, nämlich Rohstoffe!

21 klassische Sole-Reinigung (Kalk-Soda-Verfahren) Mg 2+ + SO Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaSO 4 2H 2 O Ca 2+ + Na 2 CO 3 CaCO Na + Fällungsschlamm : unbrauchbares Gemisch aus Gips, Magnesiumhydroxid und Calcit

22 SAVE-2 für Endlaugen: Mg NH H 2 O Mg(OH) NH NH 4+ + SO Ca(OH) 2 CaSO 4.2H 2 O + 2 NH 3 Weitere Schritte wie bei klassischer Siedesalz-Herstellung: Nachfällung mit Soda Fraktionierende Vakuum-Kristallisation Produkte: reines Mg(OH) 2, Gips, Industriesalz, KCl

23 Mit dem Abwasser verlorene, potentielle Produktmengen pro Jahr Standort Abwasser KCl NaCl Mg(OH)2 CaSO4 t/a t/a t/a t/a Hattorf Hartsalzabstoßlauge Hattorf Kieseritwaschwasser Hattorf Q-Lauge Hattorf KMg-Lauge Hattorf Haldenwasser Wintershall Kieseritdeckwasser Wintershall Q-Lauge Wintershall Endlauge Wintershall Haldenwasser Unterbreizbach Q-Lauge Unterbreizbach Kieseritdeckwasser(1) Unterbreizbach Kieseritdeckwasser(2) Summe (t/a) Preis ( /t) Wert ( /a)

24 Marktvolumen für Salz Deutschland: ca. 15 Mio. t/a (davon knapp die Hälfte als Sole) K+S Tochter esco: ca. 6 Mio. t/a EU + Schweiz: ca. 45 Mio. t/a Welt: ca. 220 Mio. t/a

25 Mg-Markt Vorprodukte: Magnesit, MgO, Mg(OH) 2, MgCl 2 Verwendung: Feuerfest, Isolation, Baustoffe, milde Base, Rauchgas-Entschwefelung, Flammschutzmittel, Mg-Dünger, Mg-Metall EU-Markt: ca. 2 Mio. t/a Welt-Markt: ca. 10 Mio. t/a Weltweit Überkapazitäten

26 Konsequenzen einer Abwasser- Verwertung Salzfreie Werra? Schonung des Grundwassers Nachhaltige Rohstoff-Nutzung Neue Arbeitsplätze Energiebedarf (Dampf, T < 140 C) Kühlwasser-Bedarf? Thermische Belastung? Schließung anderer Salzstandorte?

27 Forderungen: Die Aufbereitungs- und Verarbeitungs-Verluste müssen deutlich minimiert werden. Die in den Abwässern enthaltenen Wertstoffe müssen genutzt werden.

28 Umweltverträgliche Abfall-Beseitigung

29 Aktuelle Beseitigungspraxis Werk Werra Einleitung in Werra ca. 7 Mio. m³/a Verpressung ca. 7 Mio. m³/a Rückstandshalden ca. 11 Mio. t/a

30 Nordsee-Pipeline Keine Einleitungen in Werra Keine Verpressung Keine diffusen Salzeinträge Guter ökologischer Zustand Werra + Weser Niedrige Entsorgungskosten (ca. 0,90 / m³) Relativ schnelle Realisierung möglich Anbindung anderer Kali-Standorte möglich Umweltverträgliche Einleitung in Nordsee

31 DOW Ethylen-Pipeline Stade - Teutschenthal Planung bis Inbetriebnahme: 3-4 Jahre Reine Bauzeit: 17 Monate

32 Midal-Pipeline

33 Die Zeit läuft

34 Fazit für Abwässer Beseitigung (Pipeline) geht schneller. Verwertung ist besser Folge: Beides kombinieren! Nordsee-Pipeline kurzfristig als Entsorgungs- Pipeline nutzen. Gleichzeitig Erstellung dezentraler Verwertungszentren bei Abwärme-Erzeugern entlang der Pipeline. Ergänzend: Verabschiedung einer Wärmenutzungsverordnung durch BMU