Kraftknollen vom Meeresgrund

Tief unter der Meeresoberfläche, auf dem Boden des Pazifiks, sind sie im Überfluss vorhanden: Stoffe, die für Elektro-Autos benötigt werden, liegen hier in Hülle und Fülle - etwa auf halbem Weg zwischen Hawaii und Mexiko.

In der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) warten 5000 Meter unter der Wasseroberfläche geschätzte 21 Milliarden Tonnen "polymetallische Knollen" darauf, von Bergbaurobotern eingesammelt zu werden.

Insgesamt enthalten die als Manganknollen bekannten Erzklumpen geschätzte sechs Milliarden Tonnen Mangan, 270 Millionen Tonnen Nickel, 230 Millionen Tonnen Kupfer und 50 Millionen Tonnen Kobalt. Sie werden zur Herstellung von E-Auto-Batterien, für elektrische Kabel und technische Lösungen gebraucht, die für den Übergang von einer Welt mit fossilen Brennstoffen zu einer Welt mit sauberen Technologien entscheidend ist. 

"Gemessen an ihrer Trockenmasse bestehen die Knollen typischerweise zu etwa 31 Prozent aus Mangan, 7 Prozent Eisen, 1,4 Prozent Nickel, 1,2 Prozent Kupfer und 0,17 Prozent Kobalt", erklärt Carsten Rühlemann, Leiter der Abteilung Meeresgeologie und Tiefseebergbau der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR).

"Zufällig entspricht die Zusammensetzung dieser Knollen ziemlich genau dem, was die Hersteller von Elektrofahrzeugen brauchen", sagt Gerard Barron, Vorstandschef von Deep Green Metals (DGM) aus dem kanadischen Vancouver gegenüber der DW. "Die Autohersteller werden sehr viel mehr dieser Metalle benötigen, um Batteriekathoden und elektrische Anschlüsse für eine Elektrofahrzeugflotte von etwa einer Milliarde Autos und Lastwagen bis Mitte des Jahrhunderts zu bauen. Heute gibt es gerade einmal fünf Millionen E-Fahrzeuge."

Die Mission von Deep Green Metals beschränkt sich nach Barrons Worten nicht nur auf die Ernte der Knollen: "Zuerst müssen wir genug von diesen Metallen abbauen, um die enorm gestiegene Menge zu liefern, die wir für eine mit erneuerbarer Energie betriebene E-Mobilität der Zukunft benötigen. Dann müssen wir dafür sorgen, dass wir alles recyceln."

Bergbau an Land oder Ernte am Meeresboden?

Barron und Rühlemann sagen beide, dass es gute Gründe für die Annahme gibt, dass der Abbau der Knollen am Meeresboden die Umwelt weit weniger belasten wird als der Bergbau an Land - vor allem, wenn es um Treibhausgasemissionen, Feststoffabfälle und die Freisetzung von Giftstoffen geht.

Um an Land Erze zu gewinnen, müssen große Flächen gerodet, viel Abraum bewegt und riesige Gesteinsmengen zerkleinert werden, unterstreicht Barron. An Land geschürfte Erze sind außerdem schmutziger, weil sie mehr giftige Schwermetalle enthalten. Und während die CCZ-Knollen am Meeresboden vier für die Elektroauto-Industrie wichtige Metalle in der handlichen Verpackung von Manganknollen enthalten, wären drei Bergwerke an Land erforderlich, um diese vier Metalle zu gewinnen.

Eine von Barrons Firma Deep Green Metals in Auftrag gegebene vergleichende Ökobilanz (LCA) mit dem Titel "Woher sollten die Metalle für die grüne Wende kommen?" wurde im April 2020 veröffentlicht. Das Ergebnis der Ökobilanz ist ein klarer Sieg für die Manganknollen vom Meeresboden.

Während bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe jedes Jahr 37 Milliarden Tonnen CO2 in die Erdatmosphäre gelangen, erzeugt die Metallproduktion an Land über 350 Milliarden Tonnen von zum Teil giftigen Abfällen.

Der Metallbergbau sei die Ursache für "das größte Abfallproblem auf dem Planeten", stellt der Bericht fest: "Wenn wir Metalle für die grüne Wende so produzieren, wie wir es bisher getan haben, verlagern wir faktisch die ökologischen und sozialen Lasten von fossilen Brennstoffen auf Metalle".

Im Gegensatz zum landgestützten Abbau derselben Metalle entstehen beim Sammeln und Schmelzen der Knollen im Wesentlichen keine festen Rückstände, keine Abfallerze und kein Giftmüll. Es müssen keine Wälder gerodet werden, es werden etwa 70 Prozent weniger Treibhausgasemissionen und 90 Prozent weniger Schwefel- und Distickstoffoxidemissionen erzeugt. Außerdem wird 90 Prozent weniger Wasser verbraucht.

Bevor es mit dem Abbau losgeht

Doch es müssen noch zwei Hürden überwunden werden, bevor der Abbau von Manganknollen am Meeresboden losgehen kann. Die eine ist die Technologie: Bis jetzt gibt es noch keine kommerziellen Maschinen, die in der Lage sind, bei dem hohen Druck, der 5000 Meter unter der Meeresoberfläche herrscht, Manganknollen zu ernten. Ingenieure arbeiten aber bereits an ihrer Entwicklung, sagen Rühlemann und Barron.

Die andere Hürde ist regulatorischer Natur: Die vorläufige Bewertung der Auswirkungen auf die biologische Vielfalt und das Ökosystem steht noch aus. Aber die ist nötig, bevor die Internationale Meeresbodenbehörde (ISA) ihren Bergbau-Kodex abschließt und den Abbau erlaubt. Das wird wahrscheinlich in den nächsten zwei bis drei Jahren geschehen. Da sich die Clarion-Clipperton-Zone in internationalen Gewässern befindet, unterliegt das Gebiet der Verwaltung durch die ISA, die 1994 im Rahmen des Seerechtsübereinkommens der Vereinten Nationen (UNCLOS) eingerichtet wurde.

Die einzige Auswirkung, die der Meeresbodenbergbau haben wird, die der Bergbau an Land nicht hat, ist die Störung der Ökosysteme in der Tiefsee. Die Oberfläche des Meeresbodens muss "abgeschöpft" werden, um Knollen zu ernten, die dann auf Bergbauschiffe an der Meeresoberfläche hochgepumpt werden. All das wirbelt den Schlamm am Meeresboden auf und stört die darin lebenden Organismen - die meisten davon sind Meereswürmer. Außerdem entstehen dabei ausgedehnte Schlammfahnen, die sich lange im Wasser halten und das Leben der Fische beeinträchtigen können.

In den kalten, dunklen Tiefen des Ozeans braucht alles seine Zeit. Nach Angaben von Carsten Rühlemann von der BGR deuten vorliegende Forschungsergebnisse darauf hin, dass die so genannten Mikrobiellen Gemeinschaften aus Mikroben, Bakterien und anderen Mikroorganismen, die als Nahrungsgrundlage auf dem Meeresboden dienen, bis zu 50 Jahre brauchen, um sich vom Bergbau zu erholen. Ein Sprecher von Deep Green Metals stützt sich auf andere Forschungsergebnisse, die besagen, dass sich die Mikrobiellen Gemeinschaften innerhalb von drei Jahrzehnten erholen könnten. Zum Vergleich: Einige Untersuchungen weisen darauf hin, dass sich Bodenmikroben auch vier Jahrzehnte nach einem Abbau an Land noch nicht völlig erholt haben.

Noch weiß man nicht, ob einige Spezies am Meeresboden nur in der Clarion-Clipperton-Zone vorkommen. Um das Risiko zu minimieren, dass die Ernte der Manganknollen zu einem Verlust an biologischer Vielfalt führt, hat die ISA neun große Gebiete innerhalb der CCZ als Schutzgebiete ausgewiesen, die als Areas of Particular Environmental Interest (APEI) bekannt sind. Zwei oder drei weitere 160.000 Quadratkilometer große APEI-Schutzzonen werden wahrscheinlich bald hinzukommen.

Von Bergbaubetreibern wird erwartet, dass sie zwischen zehn und 30 Prozent ihrer Abbaugebiete als "No-Take-Zonen" ausweisen, die den Lebensraum zusätzlich schützen.

Rechenexempel

Die Clarion-Clipperton-Zone ist etwa 4,5 Millionen Quadratkilometer groß, etwas mehr als die gesamte Landfläche der 27 Mitgliedsstaaten der Europäischen Union. Das Gebiet, das die Internationale Meeresbodenbehörde ISA bisher für die Erforschung des Manganknollenbergbaus lizenziert hat, beträgt nur 1,2 Millionen Quadratkilometer - das ist nur ein kleiner Bruchteil (0,7 Prozent) des 165 Millionen Quadratkilometer großen Meeresbodens im Pazifik.

Gemäß Rühlemann werden etwa 80 Prozent der lizenzierten Gebiete vom Bergbau unangetastet bleiben, weil wahrscheinlich nur die wirtschaftlich rentabelsten 20 Prozent abgeerntet werden.

"Bisher hat die ISA 16 Lizenzgebiete von je rund 75.000 Quadratkilometern an Firmen oder Agenturen vergeben, von denen sie wussten, dass sie über die technischen Ressourcen verfügen, um Arbeiten zur Erkundung des Gebietes durchzuführen. Eine davon war mein Arbeitgeber BGR", erklärt Rühlemann.

Um eine Lizenz zu erhalten, muss ein Antragsteller zunächst ein Gebiet von 150.000 Quadratkilometern vorab erkunden. Nach dem Abschluss der Vorerkundung teilte die ISA jedes dieser Gebiete in zwei 75.000 Quadratkilometer große Einheiten von ungefähr gleicher Größe auf. Die Explorationsrechte für die eine Hälfte behält die ISA, die diese "reservierten Gebiete" Entwicklungsländern zuweisen kann. Die andere Hälfte verbleibt bei der Explorationsgesellschaft.

Vom amerikanischen Forschungsschiff Kilo Moana aus, das von der Universität Hawaii gechartert wurde, oder vom deutschen Forschungsschiff Sonne aus haben Rühlemann und sein BGR-Forschungsteam seit 2006 jeden Sommer etwa 40 Tage lang den Pazifik befahren und Proben im deutschen Lizenzgebiet genommen.

"Etwa 20 Prozent des Gebietes haben aufgrund der hohen Knollendichte und der flachen Meeresbodentopographie einen besonders hohen kommerziellen Wert. Wir haben 4000 Quadratkilometer dieser wirtschaftlich wertvollen Gebiete intensiv untersucht".

Unter Bezugnahme auf einen Bericht des "Materials Systems Laboratory" der US-Hochschule MIT an die ISA für 2019 schätzt Rühlemann, dass die anfänglichen Investitionskosten für ein CCZ-Knollenabbauschiff und einen Schmelzbetrieb innerhalb eines einzigen Lizenzgebiets zwischen 1,5 und 2 Milliarden Euro liegen werden. Die jährlichen Betriebskosten dürften sich in der Größenordnung von 200 bis 400 Millionen Euro pro Jahr bewegen. Etwa zwei Drittel davon entfallen auf die Kosten für die Verhüttung der Knollen an Land, der Rest auf den Abbaubetrieb im Meer.

Das Gesamtfördermenge der Manganknollenfelder in der CCZ läge dann, wenn alle 16 derzeitigen Lizenzinhaber gleichzeitig je ein Bergbauschiff betreiben würden, in der Größenordnung von 32 Millionen Trocken-Tonnen Knollenerz pro Jahr. Mit mehr Schiffen pro Lizenzgebiet könnte man natürlich die Dinge beschleunigen.

Welche Anzahl von Ernteoperationen optimal sein wird, hängt von der weltweiten Marktnachfrage und den Erzpreisen ab. Rühlemann schätzt, dass wahrscheinlich nur drei bis fünf Bergbauschiffe gleichzeitig in der Clarion-Clipperton-Zone unterwegs sein werden.