Manganknolle

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Manganknolle, Bildbreite: 20 cm
Nahaufnahme einer Manganknolle, Bildbreite: 3 cm

Manganknollen sind Klumpen, die bis zu 27 % aus dem Metall Mangan bestehen. Sie sind in Tiefen zwischen 4000 und 6000 Metern auf dem Meeresboden zu finden. Andere Elemente wie Kupfer, Cobalt, Zink und Nickel sind mit 0,2–1 % enthalten, der Eisenanteil liegt bei 15 %.[1]

Herkunft und Aufbau

Manganknollen wachsen extrem langsam (ca. 5 mm in einer Million Jahren). Etwa 15 % des Mangans stammen aus den Kalkschalen abgestorbener Kleinstlebewesen, die sich an der Calcit-Kompensationstiefe auflösten. Dieser Anteil wird als hydrogenetischer Anteil bezeichnet. Der Großteil des Mangans entstammt aber dem Sediment. Während das Mangan im Sediment in seiner zweiwertigen Form gelöst in Porenwässern vorliegt, wird es beim Erreichen des Meeresbodens von den sauerstoffreichen antarktischen Bodenströmungen in seine vierwertige Form aufoxidiert und liegt damit als wasserunlösliches MnO2 vor. Auf die gleiche Weise wird das von oben kommende biogene zweiwertige Mangan abgelagert.

Die innere Struktur der Knollen ist mit dem Aufbau einer Zwiebel vergleichbar. Die Knollen enthalten einen schalenförmig aufgebauten Kern, der aus verschiedenen Materialien bestehen kann. Die größten Fundstellen für Manganknollen befinden sich im Pazifischen Ozean. Allein in diesem Ozean rechnet man mit einer Menge von etwa 100 Millionen Tonnen.

Abbau von Manganknollen

Ein angebliches Versuchsprogramm zum Abbau von Manganknollen am Anfang der 1970er Jahre war die Tarnung für das Azorian-Projekt, die geheime Bergung eines sowjetischen U-Boots.

In der Zeit von Februar bis Mai 1978 förderte ein internationales Konsortium, die OMI (Ocean Management Inc.), im Zentralpazifik bei einem erfolgreichen Pilot-Mining-Test zum ersten Mal mehrere hundert Tonnen Manganknollen aus über 5000 m Tiefe. Damit wurde gezeigt, dass sowohl das Konzept der hydraulischen Vertikalförderung mittels Pumpen als auch das Lufthebeverfahren (Airlift-Verfahren, Mammutpumpe) für den Abbau von Manganknollenfeldern geeignet ist, wenngleich bei diesem Versuch noch keine wirtschaftliche Förderleistung – auch nicht kurzfristig – erreicht wurde. Das Konsortium bestand aus den folgenden Mitgliedern:

  • AMR (Arbeitsgemeinschaft meerestechnisch gewinnbare Rohstoffe, Bundesrepublik Deutschland)
    • Deutsche Schachtbau- und Tiefbohrgesellschaft mbH, Lingen
    • Metallgesellschaft AG, Frankfurt am Main
    • Preussag AG, Hannover
  • DOMCO (Deep Ocean Mining Corp., Japan)
  • INCO (International Nickel Comp. Ltd., Kanada)
  • SEDCO (South East Drilling Corp. Inc., USA)

Anfang der 1980er Jahre wurden Manganknollen von Mineralogen und Chemikern intensiv untersucht, um Hinweise zu ihrem Wachstum und ihrer Zusammensetzung zu erhalten. Auch ihr metallurgischer Wert, besonders im Hinblick auf den Gehalt der Knollen an Nickel und Kupfer, wurde diskutiert. Die beiden Bilder zeigen eine Manganknolle aus einer Sammlung, die am Institut für Mineralogie an der Universität Heidelberg mineralogisch untersucht wurde.

Um einen wirtschaftlichen, nicht subventionierten Abbau von Manganknollen zu gewährleisten, müssten unter Berücksichtigung aktueller Produktionsfaktoren und Marktpreise (2016) jährlich etwa anderthalb bis zwei Millionen Trockentonnen an Wertmineral gefördert werden. Die Produktionskapazität ist aufgrund der geologisch vorgegebenen Belegungsdichte und der in dieser Zeit abbautechnisch zu bewirtschaftenden Fläche auf etwa zwei Millionen Trockentonnen pro Abbausystem beschränkt. Im Rahmen des Blue Mining Forschungsprojekts[2] wurde ein solches Abbaukonzept entwickelt: Es sieht vor, dass die oberflächig vorkommenden Manganknollen von ein bis zwei ferngesteuerten Sammelgeräten aufgenommen, von Sediment befreit und für den vertikalen Transport zerkleinert werden. Die Maschinen sind so gestaltet, dass ein möglichst geringer Eingriff in die Natur erfolgt. Der Abbauvorgang und die Umweltauswirkungen in der Tiefsee sind noch nicht hinreichend genau erforscht. Es wird erwartet, dass der Abbau am Meeresboden ähnlich wie der Prozess der Kartoffelernte in der Agrarwirtschaft erfolgen wird. Dabei wird angenommen, dass im Durchschnitt vier bis fünf Fußballfelder pro Förderstunde bewirtschaftet werden müssen, um eine Jahrestonnage von zwei Millionen Trockentonnen zu erzielen.[3] Das Abbaukonzept sieht zudem vor, dass der Abbau in der Tiefsee von einer Vielzahl unterschiedlicher ferngesteuerter Unterwasservehikel, unter anderem zur Erfassung und Bewertung der Befahrbarkeit der Meeresoberfläche und Bestands an Manganknollen, begleitet wird. Geeignete Technologien müssen allerdings noch (weiter) entwickelt werden. Das so gesammelte Erz gelangt über einen flexiblen Förderstrang in einen Zwischenspeicher, der über das vertikale Förderrohr mit dem Produktionsschiff verbunden ist. Im Rahmen des Blue Mining Projekts werden zwei unterschiedliche Technologien erforscht: Zum einen ein in der Nassgewinnung von Industriemineralen weit verbreitetes, jedoch für eine Tiefe von bis zu 6.000 Meter verbessertes Pumpsystem und zum anderen ein von der Firma MH Wirth vorgesehenes Lufthebeverfahren. Auf dem Produktionsschiff wird das Erz entwässert, zwischengespeichert und in Intervallen von fünf bis acht Tagen auf Massengutfrachter für den lateralen Transport verladen. Meereswasser und Kleinstfraktionen an Sediment und Manganknollensubstrat aus der Entwässerung werden in ausreichende Wassertiefen rückgeleitet. Bisher gibt es noch keine Aufbereitungsanlagen für Manganknollen an Land. In Deutschland wird unter anderem an der RWTH Aachen an Abbaukonzepten geforscht.[4][5][6]

Deutsches Ressourcen-Forschungsgebiet im Pazifik

siehe auch Deutsches Ressourcen-Forschungsgebiet im Pazifik

Seit 2006 hält Deutschland über die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover eine Forschungslizenz für zwei insgesamt 75.000 Quadratkilometer große Gebiete im Pazifik. Deutschland zahlte 2006 an die UN 250.000 Euro für eine Pacht. Die beiden Seegebiete liegen südwestlich von Hawaii,[7] im sogenannten „Mangangürtel“ der sich von der Küste Mexikos bis nach Hawaii zieht. Die Wassertiefen in dem Gebiet liegen zwischen 4000 und 6000 m. Der Meeresboden ist dicht belegt mit polymetallischen Knollen. Die Knollen sind meist zwischen 3 und 8 cm groß. Sie enthalten neben durchschnittlich 25 Prozent Mangan auch rund 3 Prozent Kupfer, Nickel und Kobalt. Vor allem diese drei letztgenannten „Wertmetalle“ sind als Rohstoffquelle für eine zukünftige Nutzung interessant. Weitere Spurenmetalle, die in interessanten Konzentrationen in den Knollen vorkommen, sind Molybdän, Lithium und Neodym, aber auch Antimon, Wismut, Germanium, Indium, Selen, Tellur u. a.

Die Lizenz gestattet es, 15 Jahre lang das Manganknollenvorkommen zu erkunden. Für einen möglichen Abbau muss bei der Internationalen Meeresbodenbehörde eine Abbaulizenz beantragt werden. Die Auswirkungen eines Rohstoffabbaus auf die ozeanischen Lebensräume werden durch das Umweltbundesamt als "erheblich" eingeschätzt.[8] Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert mit der internationalen Forschungsinitiative JPI Oceans die Erforschung der ökologischen Auswirkungen eines potentiellen Tiefseebergbaus. Auf mehreren Forschungsfahrten mit dem Forschungsschiff Sonne erkundeten die Wissenschaftler, ob ein Abbau der Manganknollen in der Tiefsee die dort lebenden Arten gefährden würde. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass die bisherigen Lebensgemeinschaften in den Regionen, wo Manganknollen entfernt wurden, nicht mehr in der gleichen Artzusammensetzung vorkommen. Das Thema Tiefseeressourcen, Tiefseebergbau und seine ökologischen Folgen wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung 2015 in die G7-Gespräche der Wissenschaftsminister eingebracht. Außerdem reiste im Sommer 2016 eine Delegation zur internationalen Meeresbodenbehörde ISA, um die Forschungsergebnisse zu präsentieren und so den Mining Code mitzugestalten. Dabei gaben die Wissenschaftler die Empfehlung, Schutzgebiete und Abbaugebiete mit gleicher Knollendichte und Artenzusammensetzung mosaikartig anzulegen.[9]

Literatur

  • G. Ottow: Tagebau unter Wasser. In: Die Umschau 82, Nr. 10 (Mai 1982), S. 319–324
  • David S.Cronan: Handbook of marine mineral deposits; Boca Raton, Florida: CRC Press, 2000; ISBN 0-8493-8429-X
  • Günter Dorstewitz: Meeresbergbau auf Kobalt, Kupfer, Mangan und Nickel – Bedarfsdeckung, Betriebskosten, Wirtschaftlichkeit; Verlag Glückauf, Essen 1971; ISBN 3-7739-0093-7
  • Peter Halbach: The manganese nodule belt of the Pacific Ocean – geological environment, nodule formation, and mining aspects; Enke, Stuttgart 1988; ISBN 3-432-96381-5
  • Ranadhir Mukhopadhyay, Anil K. Ghosh, Sridhar D. Iyer: The Indian Ocean nodule field – geology and resource potential; Elsevier Science & Technology, Amsterdam 2007; ISBN 978-0-444-52959-6
  • Thomas Kuhn et al.: Tiefseeförderung von Manganknollen. In: Schiff & Hafen, Heft 5/2011, S. 78–83; Seehafen-Verlag, Hamburg 2011, ISSN 0938-1643

Weblinks

 Commons: Manganese nodule – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Vorlage:Commonscat/WikiData/Difference

Einzelnachweise

  1. mineralienatlas.de: Manganknollen. Abgerufen am 20. Juli 2010.
  2. Webseite Blue Mining Projekt, abgerufen am 26. Mai 2017.
  3. Production key figures for planning the mining of manganese nodules. In: Marine Georesources & Geotechnology. 21. April 2017, S. 1–16. doi:10.1080/1064119X.2017.1319448.
  4. Peter Kukla, Felix Lehnen, Bernd Lottermoser, Mirjam Rahn, Sebastian Volkmann: Lassen sich Manganknollen im Pazifik wie Kartoffeln ernten? RWTH Aachen, 2016, abgerufen am 23.05.
  5.  Sebastian Ernst Volkmann, Thomas Kuhn, Felix Lehnen: A comprehensive approach for a techno-economic assessment of nodule mining in the deep sea. In: Mineral Economics. 21. Februar 2018, ISSN 2191-2203, S. 1–18, doi:10.1007/s13563-018-0143-1 (https://link.springer.com/article/10.1007/s13563-018-0143-1).
  6.  Sebastian Ernst Volkmann, Bernd Georg Lottermoser, Peter A. Kukla: Blue mining – planning the mining of seafloor manganese nodules. Aachen 2018, doi:10.18154/rwth-2018-230772 (Dissertation, http://publications.rwth-aachen.de/record/750679).
  7. http://www.planet-wissen.de/natur/meer/energie_aus_dem_meer/pwiewemgehoertdasmeer100.html.
  8. Umweltbundesamt: Tiefseebergbau und andere Nutzungsarten der Tiefsee vom 7. Juni 2013, geladen am 26. Juli 2016.
  9. http://www.fona.de/de/podcast-die-tiefsee-als-schatzkammer-der-menschheit-21477.html.

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