Impulsvortrag zum Thema: Marine Mineralische Rohstoffe: Exploration und Bergbau Dr. Thomas Kuhn MARIT21-Workshop / Ilmenau, 23.-24. November 2010
Metallbedarf für Zukunftstechnologien Rohstoff 2006 2030 Zukunftstechnologie (Auswahl) x 22 x 7 x 8 x 8 Gallium 0.28 6.09 Dünnschicht- Photovoltaik, IC, WLED Neodymium 0.55 3.82 Permanentmagneten, Lasertechnologie Indium 0.4 3.29 Displays, Dünnschicht- Photovoltaik Germanium 0.31 2.44 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 0.39 1.01 Mikrokondensatoren, Medizintechnik Silver 0.26 0.78 RFID, Bleifreie Weichlote Zinn 0.62 0.77 Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden Kobalt 0.19 0.4 Lithium-Ionen-Akku, XtL Palladium 0.1 0.34 Katalyse, Meerwasserentsalzung Titan 0.08 0.29 Meerwasserentsalzung, Implante Kupfer 0.09 0.24 Effiziente Elektromotoren, RFID Fraunhofer-Studie Globaler Globaler Rohstoffbedarf Rohstoffbedarf für für Zukunftstechnologien im im Jahr Jahr 2006 2006 und und (als (als Vorhersage) Vorhersage) 2030 2030 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
Metallbedarf für Zukunftstechnologien Rohstoff 2006 2030 Zukunftstechnologie (Auswahl) Gallium 0.28 6.09 Dünnschicht- Photovoltaik, IC, WLED Fraunhofer-Studie Neodymium 0.55 3.82 Permanentmagneten, Lasertechnologie Indium 0.4 3.29 Displays, Dünnschicht- Photovoltaik Germanium 0.31 2.44 Glasfaserkabel, IR optische Technologien Scandium gering 2.28 SOFC Brennstoffzellen, Al-Legierungselement Platinum gering 1.56 Brennstoffzellen, Katalyse Tantalum 0.39 1.01 Mikrokondensatoren, Medizintechnik Silver 0.26 0.78 RFID, Bleifreie Weichlote Zinn 0.62 0.77 Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden Globaler Globaler Rohstoffbedarf Rohstoffbedarf für für Zukunftstechnologien im im Jahr Jahr 2006 2006 und und (als (als Vorhersage) Vorhersage) 2030 2030 im im Verhältnis Verhältnis zur zur gesamten gesamten heutigen heutigen Weltproduktionsmenge des des jeweiligen jeweiligen Rohstoffs Rohstoffs Kobalt 0.19 0.4 Lithium-Ionen-Akku, XtL Palladium 0.1 0.34 Katalyse, Meerwasserentsalzung Titan 0.08 0.29 Meerwasserentsalzung, Implante Kupfer 0.09 0.24 Effiziente Elektromotoren, RFID Quelle: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung, Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung, 2009
Metallbedarf für Zukunftstechnologien Rohstoff 2006 2030 Zukunftstechnologie (Auswahl) x 22 x 7 x 8 x 8 Gallium 0.28 6.09 Dünnschicht- Photovoltaik, IC, WLED Neodymium 0.55 3.82 Permanentmagneten, Lasertechnologie Indium 0.4 3.29 Displays, Dünnschicht- Photovoltaik Germanium 0.31 2.44 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 0.39 1.01 Mikrokondensatoren, Medizintechnik Silver 0.26 0.78 RFID, Bleifreie Weichlote Zinn 0.62 0.77 Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden Kobalt 0.19 0.4 Lithium-Ionen-Akku, XtL Palladium 0.1 0.34 Katalyse, Meerwasserentsalzung Titan 0.08 0.29 Meerwasserentsalzung, Implante Kupfer 0.09 0.24 Effiziente Elektromotoren, RFID Fraunhofer-Studie Globaler Globaler Rohstoffbedarf Rohstoffbedarf für für Zukunftstechnologien im im Jahr Jahr 2006 2006 und und (als (als Vorhersage) Vorhersage) 2030 2030 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
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)
Meeresboden mit Manganknollen BGR
Meeresboden mit Manganknollen Zweidimensionale Lagerstätte in 4.000 5.500 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
Manganknollengürtel im Zentralpazifik
Explorationstechnik m Autonome Systeme Ziel: Kartierung von Topographie und Oberflächenbeschaffenheit Aussage über Knollenbelegungsdichten Schiffsgestützte Systeme Tiefgeschleppte Systeme
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)
Vorkommen polymetallischer Massivsulfide Mittelozeanische Rücken Vulkanische Inselbögen Petersen, 2009
Vorkommen polymetallischer Massivsulfide Aktive Unternehmen: Nautilus Minerals Inc. Neptune Minerals Inc. Russischer Claim? Koreanische Aktivitäten Chinesischer Claim Petersen, 2009
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
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
Subseafloor-Exploration auf Massivsulfide Seafloor Geoservices Nautilus Minerals Inc. Profil durch das Massivsulfidfeld SOLWARA-1, Papua Neuguinea (Quelle. Nautilus Minerals Inc., 2010)
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
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
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
Abbau-/Fördertechnik Manganknollen Funktionsprinzip des DOMA- Kollektors, Japan Transportschiff Förderplattform ISA Förderstrang Trübewolke Aufnahmeprinzip des Aker Wirth - Kollektors, DE Manganknollen 4.000 5.500 m Mn-Knollen- Kollektor Meeresboden Trübewolke Aker Wirth Konzept für den Tiefseebergbau auf Manganknollen
Abbau-/Fördertechnik Massivsulfide Nautilus Minerals Inc.
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
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Dr. Thomas Kuhn Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) B 1.1 Marine Rohstofferkundung Stilleweg 2 30655 Hannover Tel: 0511-643 3780 E-Mail: thomas.kuhn@bgr.de M. Miljutina